JPWO2012120775A1 - Crystallinity evaluation method, crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof - Google Patents
Crystallinity evaluation method, crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2012120775A1 JPWO2012120775A1 JP2012530818A JP2012530818A JPWO2012120775A1 JP WO2012120775 A1 JPWO2012120775 A1 JP WO2012120775A1 JP 2012530818 A JP2012530818 A JP 2012530818A JP 2012530818 A JP2012530818 A JP 2012530818A JP WO2012120775 A1 JPWO2012120775 A1 JP WO2012120775A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raman
- waveform
- crystallinity
- thin film
- peak
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 93
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 269
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 115
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 271
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 105
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims description 103
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 78
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 40
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 32
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 291
- 239000010408 film Substances 0.000 description 290
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 171
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 45
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 23
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 8
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 8
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 6
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 5
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N molybdenum tungsten Chemical compound [Mo].[W] MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 H 2 Chemical compound 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000005499 laser crystallization Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OFIYHXOOOISSDN-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegallium Chemical compound [Te]=[Ga] OFIYHXOOOISSDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
- H01L29/6675—Amorphous silicon or polysilicon transistors
- H01L29/66765—Lateral single gate single channel transistors with inverted structure, i.e. the channel layer is formed after the gate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Abstract
本発明の結晶性評価方法等は、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定したラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、第２フィッティング波形の半値幅等を出力する第５工程と、第５工程で出力された半値幅等に基づき、半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む。The crystallinity evaluation method of the present invention includes a first step of measuring a Raman band peak waveform corresponding to a phonon mode unique to a semiconductor film by Raman spectroscopy, and a Raman band peak waveform measured using a Gaussian function. By using the second step of generating a first fitting waveform that is a waveform fitted by a Gaussian function, the third step of extracting the peak value of the first fitting waveform, and using the extracted peak value, A fourth step of generating a second fitting waveform, which is a waveform fitted by the Lorentz function, by fitting the peak waveform of the Raman band by the Lorentz function, and a fifth step of outputting a half width of the second fitting waveform, etc. The crystallinity of the semiconductor film is evaluated based on the full width at half maximum output in the fifth step. Including 6 and step.
Description
本発明は、結晶性半導体膜の結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトに関する。 The present invention relates to a crystallinity evaluation method for a crystalline semiconductor film, a crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof.
例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下有機ＥＬと記載）表示装置及び液晶表示装置を用いたテレビジョン受信機等の電子機器がある。この電子機器においては、有機表示装置及び液晶表示装置を構成すべくマトリックス状に配置された発光素子が、複数の薄膜トランジスタ装置（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により駆動される。 For example, there are electronic devices such as a television receiver using an organic electroluminescence (EL) display device and a liquid crystal display device. In this electronic apparatus, light emitting elements arranged in a matrix to constitute an organic display device and a liquid crystal display device are driven by a plurality of thin film transistors (TFTs).
ＴＦＴは、例えば基板上に、ソース電極及びドレイン電極と、半導体層（チャネル層）と、ゲート電極とが順次積層されることにより構成される。ＴＦＴに用いられるチャネル層は、薄膜状のシリコン半導体を用いるのが一般的である（例えば、特許文献１）。 The TFT is configured, for example, by sequentially stacking a source electrode and a drain electrode, a semiconductor layer (channel layer), and a gate electrode on a substrate. As a channel layer used for a TFT, a thin silicon semiconductor is generally used (for example, Patent Document 1).
シリコン半導体膜としては、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン：ａ−Ｓｉ）と、結晶性を有するシリコン膜（結晶シリコン膜）とに大別される。結晶シリコン膜は、さらに、多結晶シリコン膜、微結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜等に分類できる。 Silicon semiconductor films are roughly classified into amorphous silicon films (amorphous silicon: a-Si) and crystalline silicon films (crystalline silicon films). The crystalline silicon film can be further classified into a polycrystalline silicon film, a microcrystalline silicon film, a single crystal silicon film, and the like.
このうち、非晶質シリコン膜は化学気相成長法（ＣＶＤ法）などによって、比較的低温で、大面積の基板上に均一に作製可能であることから、現在、大画面の液晶表示素子用チャネル層として、最も一般的に用いられている。しかし、非晶質シリコン膜は、結晶シリコン膜に比べて、キャリアの移動度等の特性が劣る。そのため、より高速駆動且つ高精細なディスプレイを実現するために、結晶シリコン膜からなるＴＦＴの実現が熱望されている。 Among these, the amorphous silicon film can be uniformly formed on a large-area substrate at a relatively low temperature by a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. Most commonly used as a channel layer. However, the amorphous silicon film is inferior to the crystalline silicon film in characteristics such as carrier mobility. Therefore, in order to realize a higher-speed display and a high-definition display, realization of a TFT made of a crystalline silicon film is eagerly desired.
一方、結晶シリコン膜を形成する方法としては、成膜時に結晶シリコン膜を直接成膜する方法（例えば、特許文献２）、または非晶質シリコン膜を成膜後に熱や光エネルギーを印加することで結晶化する方法（例えば、特許文献３）がある。 On the other hand, as a method of forming a crystalline silicon film, a method of directly forming a crystalline silicon film at the time of film formation (for example, Patent Document 2), or applying heat or light energy after forming an amorphous silicon film. There is a method (for example, Patent Document 3) of crystallizing the film.
しかしながら、これらの方法によって作製された結晶シリコン膜は、各々全く異なる膜質を有する。また、同一の方法で作製したとしても、結晶化条件によっては、異なる膜質の結晶シリコン膜を有してしまう場合もある。 However, the crystalline silicon films produced by these methods have completely different film qualities. Even if the same method is used, a crystalline silicon film having a different film quality may be provided depending on crystallization conditions.
一般的に、結晶性半導体膜を能動層として用いた半導体デバイスでは、その能動層の膜質（例えば、結晶性、欠陥密度など）がデバイス特性に大きな影響を及ぼすことが知られている。つまり、結晶シリコン膜をチャネル層に用いたトランジスタ素子では、例えば、キャリア移動度、閾値電圧、信頼性などの素子特性に結晶シリコン膜の膜質が及ぼす影響が大きい。 In general, in a semiconductor device using a crystalline semiconductor film as an active layer, it is known that the film quality (for example, crystallinity, defect density, etc.) of the active layer has a great influence on device characteristics. That is, in a transistor element using a crystalline silicon film as a channel layer, for example, the film quality of the crystalline silicon film has a great influence on element characteristics such as carrier mobility, threshold voltage, and reliability.
以上から、結晶性半導体膜を半導体デバイスの能動層として用いるためには、その膜質を評価し、管理することが必要である。膜質管理においては、特に結晶性を管理することが望ましい。 From the above, in order to use a crystalline semiconductor film as an active layer of a semiconductor device, it is necessary to evaluate and manage the film quality. In film quality management, it is particularly desirable to manage crystallinity.
結晶性半導体の結晶性を評価する手法としては、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、フォトルミネッセンス（ＰＬ：Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）法等による方法が一般的に用いられている。しかしながら、これらの手法は、非破壊、短時間、微小領域をインラインで評価することが困難である。 As a method for evaluating the crystallinity of a crystalline semiconductor, for example, a transmission electron microscope (TEM), an X-ray diffraction technique (XRD), a photoluminescence (PL) method, and the like. The method is commonly used. However, it is difficult for these methods to evaluate a micro area in-line in a non-destructive manner and in a short time.
そこで、上記の要求（非破壊、短時間、微小領域をインラインで評価）を満たす手法として、ラマン分光法がある。 Therefore, there is Raman spectroscopy as a method that satisfies the above requirements (non-destructive, short time, in-line evaluation of minute regions).
以下、ラマン分光法について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, Raman spectroscopy will be described with reference to the drawings.
図２５は、入射光と分子のエネルギー交換によるラマン散乱を模式的に示す図である。 FIG. 25 is a diagram schematically showing Raman scattering by energy exchange between incident light and molecules.
ラマン散乱とは、物質中の原子が振動しているときに光と相互作用して引き起こされる現象である。具体的には、原子核が振動数νで振動している物質に振動数ν０の光を照射すると、振動数の異なる二つの波が干渉し、振動数がν０＋νとν０−νの光がν０の光と同時に照射される現象である。Raman scattering is a phenomenon caused by interaction with light when atoms in a substance vibrate. Specifically, when light having a frequency ν 0 is irradiated onto a substance whose atomic nucleus vibrates at a frequency ν, two waves having different frequencies interfere with each other, and the frequencies are ν 0 + ν and ν 0 −ν. This is a phenomenon in which light is irradiated simultaneously with ν 0 light.
ここで、図２５の（ｂ）に示すように、入射光と同じ振動数を与える光散乱をレイリー散乱と呼び、ν０±νを与える光散乱をラマン散乱と呼ぶ。ラマン散乱のうちν０−νの振動数を持つ成分をストークス散乱（図２５の（ａ））、ν０＋νの振動数を持つ成分をアンチストークス散乱（図２５の（ｃ））と呼んで区別する。Here, as shown in FIG. 25B, light scattering giving the same frequency as incident light is called Rayleigh scattering, and light scattering giving ν 0 ± ν is called Raman scattering. In Raman scattering, a component having a frequency of ν 0 −ν is called Stokes scattering ((a) in FIG. 25), and a component having a frequency of ν 0 + ν is called anti-Stokes scattering ((c) in FIG. 25). Distinguish.
また、入射光とラマン散乱光との振動数差±νをラマンシフトという。このラマンシフトは物質に固有であることから、物質のキャラクタリゼーションの有力な手がかりとなる。 Further, the frequency difference ± ν between the incident light and the Raman scattered light is called a Raman shift. Since this Raman shift is unique to a substance, it is a powerful clue for characterization of the substance.
このように、ラマン分光法は、試料にレーザ光を照射し、発生するラマン散乱光を測定することによって、簡便、非破壊・非接触測定、微小領域の評価ができ、微視的な物性を知ることができる手法である。 In this way, Raman spectroscopy irradiates a sample with laser light and measures the generated Raman scattered light, thereby allowing simple, non-destructive / non-contact measurement and evaluation of microscopic areas, and providing microscopic physical properties. It is a technique that can be known.
例えば特許文献４には、ラマン分光法により結晶シリコン膜の結晶性を管理して半導体装置を作製する方法が提案されている。特許文献４では、ａ−Ｓｉをレーザ結晶化して作製する際に、その結晶化状態をラマンピークの波形や半値幅を観察しながら結晶化する方法が開示されている。また、例えば特許文献５には、ラマン分光法により計測したラマンスペクトルから結晶シリコン膜の結晶性管理方法が提案されている。特許文献５では、基板上に結晶シリコン膜を形成し、結晶シリコン膜に固有のフォノンに対応したラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定し、このピーク波形の非対称性の程度から結晶性を管理する方法が開示されている。
For example,
しかしながら、上記特許文献４及び上記特許文献５に開示されている方法では、結晶シリコン膜の結晶性を正確に評価（解析）することはできない。
However, the methods disclosed in
具体的には、上記特許文献４に開示されている技術では、結晶シリコン膜のラマンスペクトル波形から結晶性に関する情報として、波形を数学的に解析したピーク強度やピーク強度の半値幅を用いている。しかし、これらのパラメータは、測定条件やサンプルの状態などの影響を受け、必ずしも結晶性のみを反映した値とはならないため、これらのパラメータを用いて結晶性を正確に評価・解析することはできない。
Specifically, in the technique disclosed in
また、上記特許文献５に開示されている技術では、結晶シリコン膜のラマンスペクトル波形から結晶性に関する情報として、ピークの非対称性を数学的に解析した情報を用いて、結晶性を管理している。しかし、この解析方法は物理的な根拠が薄弱で、ラマンスペクトルを正確に解析することは困難である。つまり、この解析方法を用いて結晶性を正確に評価（解析）することはできない。
In the technique disclosed in
さらに、従来よく用いられている複数のフォノンモードによるピークをガウシアン関数などで仮定した解析方法が用いられている。しかしながら、この解析方法においても、実験結果の再現性が良くないという問題がある。つまり、この解析方法を用いて結晶性を正確に評価（解析）することはできない。以下、この解析方法について具体例を挙げて詳しく説明する。 Further, an analysis method that assumes a peak due to a plurality of phonon modes that is often used in the past using a Gaussian function or the like is used. However, this analysis method also has a problem that the reproducibility of the experimental results is not good. That is, crystallinity cannot be accurately evaluated (analyzed) using this analysis method. Hereinafter, this analysis method will be described in detail with specific examples.
図２６は、結晶シリコン膜のラマンスペクトル５００と従来の解析方法による解析結果５０１とを示す図である。図２６において、縦軸は規格化されたラマンピーク強度、横軸はラマンシフト（入射光からの差）を示す。
FIG. 26 is a diagram showing a Raman
ここで、実測値である結晶シリコン膜のラマンスペクトル５００は、図２６に示すように、結晶シリコン成分５０２（ピーク位置：５２０ｃｍ−１）と、微結晶シリコン成分５０３（ピーク位置：〜５００ｃｍ−１）と、ａ−Ｓｉ成分５０４（ピーク位置：〜４８０ｃｍ−１）との３つの成分により構成されており、各成分のフォノンの分散はガウシアン関数に従うと仮定している。そして、解析結果５０１は、上記仮定を用いてラマンスペクトル５００を解析して描いたフィッティング結果を示している。Here, an actual measurement value crystalline silicon film Raman
解析結果５０１は、図２６中の矢印Ａ〜Ｃで示した４００〜５００ｃｍ−１付近において、実測値との不一致が観測される。さらに、各フォノンに対応したピークを見ると、結晶シリコン成分５０２において、物理的に想定される半値幅（測定系に依存するが４ｃｍ−１程度）よりも大きな半値幅によって解析されていることがわかる。つまり、実験結果の再現性が良くない。したがって、上記数学的に実験結果を再現する従来の方法では、正確にラマンスペクトルを解析し、結晶性を管理することは難しい。In the analysis result 501, a discrepancy with the actual measurement value is observed in the vicinity of 400 to 500 cm −1 indicated by arrows A to C in FIG. Further, looking at the peak corresponding to each phonon, the
以上のように、従来の方法では、多結晶状態や非単結晶状態の結晶シリコン膜の結晶性をラマン分光法によって正確に評価及び解析していくことは難しいという課題がある。 As described above, in the conventional method, there is a problem that it is difficult to accurately evaluate and analyze the crystallinity of a polycrystalline silicon film or a non-single crystal crystalline silicon film by Raman spectroscopy.
本発明は、上記従来の課題を解決すべくなされたものであり、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a crystallinity evaluation method and crystallinity capable of accurately evaluating the crystallinity of a crystalline semiconductor film having high mobility characteristics without variation in mobility. An object is to provide an evaluation apparatus and its computer software.
上記目的を達成するために、本発明に係る結晶性評価方法の一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む。 In order to achieve the above object, one aspect of the crystallinity evaluation method according to the present invention is a crystallinity evaluation method for evaluating the crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate, which is a phonon unique to the semiconductor film. The first step of measuring the peak waveform of the Raman band corresponding to the mode by Raman spectroscopy, and fitting the measured peak waveform of the Raman band using a Gaussian function, the waveform fitted by the Gaussian function A second step of generating a first fitting waveform, a third step of extracting a peak value of the first fitting waveform, and fitting the peak waveform of the Raman band by a Lorentz function using the extracted peak value. Thus, a second fitting waveform which is a waveform fitted by the Lorentz function is generated. A fourth step, a fifth step of outputting a peak value, a half width, or a wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform in the fourth step, the peak value output in the fifth step, And a sixth step of evaluating the crystallinity of the semiconductor film based on a half-value width or a wavelength indicating the peak value.
本発明によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a crystallinity evaluation method, a crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof capable of accurately evaluating the crystallinity of a crystalline semiconductor film having high mobility characteristics without variation in mobility. it can.
本発明に係る結晶性評価方法の第一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む。 A first aspect of the crystallinity evaluation method according to the present invention is a crystallinity evaluation method for evaluating the crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate, and a Raman band corresponding to a phonon mode unique to the semiconductor film. A first fitting waveform that is a waveform fitted by the Gaussian function is generated by fitting the measured peak waveform of the Raman band using a Gaussian function and a first step of measuring the peak waveform by Raman spectroscopy. A second step of extracting the peak value of the first fitting waveform, and a fitting of the peak waveform of the Raman band by a Lorentz function using the extracted peak value, thereby A fourth step of generating a second fitting waveform which is a fitted waveform; and the fourth step A fifth step of outputting a peak value, a half width, or a wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform, and a peak value, a half width, or the peak value output in the fifth step And a sixth step of evaluating the crystallinity of the semiconductor film based on the wavelength.
この構成によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。 According to this configuration, it is possible to realize a crystallinity evaluation method, a crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof that can accurately evaluate the crystallinity of a crystalline semiconductor film having high mobility characteristics without variation in mobility. it can.
ここで、前記第６工程では、前記第５工程で出力された前記ピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と比較することにより、前記半導体膜の結晶性を評価し、前記ルックアップテーブルには、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長として、前記第１工程より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅または前記ピーク値を示す波長が予め保存されており、前記ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されているとしてもよい。 Here, in the sixth step, the peak value, the half value width, or the wavelength indicating the peak value output in the fifth step, the reference peak value, the reference half value width stored in advance in the lookup table, Alternatively, the crystallinity of the semiconductor film is evaluated by comparing with a wavelength indicating a reference peak value, and in the lookup table, the reference peak value, the reference half width, or the wavelength indicating the reference peak value, Prior to the first step, the peak value, the half value width of the third fitting waveform obtained by fitting the peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon mode unique to the crystalline semiconductor film using the Lorentz function, The wavelength indicating the peak value is stored in advance, and the lookup table includes the crystal grain size, the abundance ratio of the crystal grain, and the mobility including the mobility. Evaluation of crystallinity of sexual semiconductor film, the reference peak value, the reference half width or may be stored tied to the wavelength indicating the reference peak value.
また、本発明に係る結晶性評価方法の一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含み、前記第４工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、前記結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）及び（式Ｃ）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含む。Another aspect of the crystallinity evaluation method according to the present invention is a crystallinity evaluation method for evaluating crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate, the Raman band corresponding to a phonon mode unique to the semiconductor film. A first step of measuring the peak waveform of the first spectrum by Raman spectroscopy, and fitting a peak waveform of the measured Raman band using a Gaussian function, thereby obtaining a first fitting waveform that is a waveform fitted by the Gaussian function. A second step to generate; a third step to extract a peak value of the first fitting waveform; and a peak waveform of the Raman band by a Raman spectrum function described using a Lorentz function using the extracted peak value. By fitting the second waveform which is a waveform fitted by the Raman spectrum function. A fourth step of generating a fitting waveform, a fifth step of outputting a peak value, a half value width, or a wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform of the fourth step, and the fifth step. And a sixth step of evaluating the crystallinity of the semiconductor film based on the peak value, the half width, or the wavelength indicating the peak value. In the fourth step, Ic (ω) is converted into a crystalline silicon component. Raman bands, Iμc (ω) a Raman band of microcrystalline silicon component Ia (omega) the Raman bands of amorphous silicon components, the volume fraction of the sigma c crystalline silicon component, the volume of the microcrystalline silicon component sigma mc of A step of creating a Raman peak waveform analysis model expressed by (Equation A) with the fraction, σ a being the volume fraction of the amorphous silicon component, and the Raman band of the crystalline silicon component , Lc is the phonon coherence length, a is the lattice constant, Γ 0 is the half-width of the Raman peak of the single crystal semiconductor, and C is the normalization constant. A step of describing the Raman spectrum function shown in (Formula B) and (Formula C).
但し、
また、前記第６工程では、前記半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。Further, in the sixth step, by said half width determining whether a 5.0cm -1 ~6.0cm -1, may evaluate the crystallinity of the semiconductor film.
また、記半導体膜はシリコンで構成されており、前記第６工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の比が、１．５〜１．８であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。 The semiconductor film is made of silicon, and in the sixth step, it is determined whether the ratio of the half width to the half width of the Raman band of single crystal silicon is 1.5 to 1.8. By doing so, the crystallinity of the semiconductor film may be evaluated.
また、前記半導体膜はシリコンで構成されており、前記第６工程では、前記半値幅と前記単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の差が１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。Further, the semiconductor film is made of silicon, or wherein in the sixth step, the difference between the half-width of a Raman band of the half width and the single crystal silicon is 1.8cm -1 ~2.4cm -1 By determining whether or not, the crystallinity of the semiconductor film may be evaluated.
また、前記第６工程では、前記ピーク値と結晶シリコンのラマンバンド半値幅との比が０．１〜０．２であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。 In the sixth step, the crystallinity of the semiconductor film is evaluated by determining whether or not the ratio of the peak value to the half band width of Raman band of crystalline silicon is 0.1 to 0.2. It is good.
また、上記の結晶性評価方法を用いて、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価することにより、所定の結晶性半導体膜の結晶性を示す前記結晶性半導体膜を選別する。 Further, the crystalline semiconductor film exhibiting the crystallinity of a predetermined crystalline semiconductor film is selected by evaluating the crystallinity of the crystalline semiconductor film using the above-described crystallinity evaluation method.
また、本発明に係る測定装置の一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価装置であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する測定部と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第１生成部と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する抽出部と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第２生成部と、前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する出力部と、前記出力部で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する評価部とを備える。 Another aspect of the measurement apparatus according to the present invention is a crystallinity evaluation apparatus for evaluating the crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate, and a Raman band peak corresponding to a phonon mode unique to the semiconductor film. A first measurement waveform that is a waveform fitted by the Gaussian function is generated by fitting a peak waveform of the measured Raman band using a Gaussian function with a measurement unit that measures the waveform by Raman spectroscopy. 1 fitting unit, an extracting unit for extracting a peak value of the first fitting waveform, and fitting the peak waveform of the Raman band by a Lorentz function using the extracted peak value, thereby fitting by the Lorentz function. A second generator for generating a second fitting waveform, which is a waveform obtained from the second fitting waveform; An output unit that outputs a peak value, a half-value width, or a wavelength that indicates the peak value of a ting waveform, and the semiconductor based on the peak value, the half-value width, or the wavelength that indicates the peak value output from the output unit An evaluation unit for evaluating the crystallinity of the film.
また、本発明に係るコンピュータソフトの一態様は、コンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された結晶性半導体膜の結晶性を評価するコンピュータソフトであって、上記態様の結晶性評価方法をコンピュータに実行させることにより、前記半導体膜の結晶性の評価を出力するプログラムが組み込まれている。 Another embodiment of the computer software according to the present invention is computer software for evaluating the crystallinity of a crystalline semiconductor film recorded on a computer-readable recording medium, and causes the computer to execute the crystallinity evaluation method of the above embodiment. Thus, a program for outputting the evaluation of crystallinity of the semiconductor film is incorporated.
（実施の形態１）
以下、本発明に係る薄膜トランジスタ装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明するが、本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明する。なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。(Embodiment 1)
Hereinafter, a thin film transistor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described based on embodiments, but the present invention is specified based on the description of the scope of claims. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements not described in the claims are not necessarily required to achieve the object of the present invention, but will be described as constituting a more preferable embodiment. Each figure is a schematic diagram and is not necessarily shown strictly.
まず、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示す断面図である。
First, a configuration of a thin
図１に示す薄膜トランジスタ装置１００は、チャネル保護型でボトムゲート型の薄膜トランジスタであって、基板１０１と、基板１０１上に形成されたゲート電極１０２と、ゲート電極１０２上に形成されたゲート絶縁膜１０３と、ゲート絶縁膜１０３上に形成された結晶シリコン薄膜１０４と、結晶シリコン薄膜１０４上に形成された非晶質シリコン薄膜１０５と、非晶質シリコン薄膜１０５上に形成された絶縁層１０７と、非晶質シリコン薄膜１０５上に絶縁層１０７を挟んで形成されたソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとを具備する。さらに、本実施の形態における薄膜トランジスタ装置１００は、結晶シリコン薄膜１０４の上方において、非晶質シリコン薄膜１０５とソース電極１０８Ｓ又はドレイン電極１０８Ｄとの間に形成された一対のコンタクト層１０６を備える。以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００の各構成要素について詳述する。
A thin
基板１０１は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス又は高耐熱性ガラス等のガラス材料からなるガラス基板である。なお、ガラス基板の中に含まれるナトリウムやリン等の不純物が結晶シリコン薄膜１０４に侵入することを防止するために、基板１０１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）又はシリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）等からなるアンダーコート層を形成してもよい。また、アンダーコート層は、レーザアニールなどの高温熱処理プロセスにおいて、基板１０１への熱の影響を緩和させる役割を担うこともある。アンダーコート層の膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度である。The
ゲート電極１０２は、基板１０１上に所定形状でパターン形成される。ゲート電極１０２は、導電性材料及びその合金等の単層構造又は多層構造とすることができる。ゲート電極１０２は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、及びモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等によって構成される。ゲート電極１０２の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。なお、レーザアニールなどの高温プロセスを用いる場合、ゲート電極材料としては、モリブデンやタングステンなどの高融点金属からなる材料を用いることが好ましい。
The
ゲート絶縁膜１０３は、ゲート電極１０２上に形成される。ゲート絶縁膜１０３は、本実施の形態では、ゲート電極１０２を覆うように基板１０１上の全面に形成される。ゲート絶縁膜１０３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｚ）又は酸化タンタル（ＴａＯｗ）の単層膜又はこれらの積層膜によって構成される。ゲート絶縁膜１０３の膜厚は、例えば５０ｎｍ〜３００ｎｍである。The
なお、本実施の形態では、チャネル層として結晶シリコン薄膜１０４が含まれているので、チャネル層との界面部分のゲート絶縁膜１０３としては酸化シリコンを用いることが好ましい。これは、薄膜トランジスタ装置１００における良好な閾値電圧特性を維持、及び、高い移動度を実現するためには結晶シリコン薄膜１０４とゲート絶縁膜１０３との界面状態を良好なものにすることが好ましく、これには酸化シリコンが適しているからである。
In this embodiment mode, since the crystalline silicon
結晶シリコン薄膜１０４は、本発明の半導体膜に相当し、ゲート絶縁膜１０３上に形成される半導体膜からなる第１チャネル層であって、ゲート電極１０２の電圧によってキャリアの移動が制御される領域である所定のチャネル領域を有する。チャネル領域は、ゲート電極１０２の上方の領域であり、チャネル領域の電荷移動方向の長さはゲート長に対応する。結晶シリコン薄膜１０４は、例えば、非結晶性の非晶質シリコン（アモルファスシリコン）を結晶化することによって形成することができる。
The crystalline silicon
ここで、結晶シリコン薄膜１０４における結晶シリコンの平均結晶粒径は、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。結晶シリコン薄膜１０４の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。また、結晶シリコン薄膜１０４が示す結晶性を次のように表すことができる。すなわち、結晶シリコン薄膜１０４の固有のフォノンモードに対応するラマンバンド半値幅（以下ラマン半値幅とも表現）は、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１である。ここで、結晶シリコン薄膜１０４の固有のフォノンモードとは、ＴＯ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｏｐｔｉｃａｌ）フォノンモードである。Here, the average crystal grain size of crystalline silicon in the crystalline silicon
また、結晶シリコン薄膜１０４が示す結晶性について別の表現を用いてもよい。例えば、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコンのラマン半値幅との比は、１．５〜１．８であるとしてもよい。または、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコン基板のラマン半値幅の差は、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるとしてもよい。さらに、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク値と、多結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との比（ピーク値／ラマン半値幅）は、０．１〜０．２であるとしてもよい。ここで、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク位置は、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１であり、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅の値は、３．４ｃｍ−１である。Another expression may be used for the crystallinity of the crystalline silicon
結晶シリコン薄膜１０４の電界効果移動度は、結晶シリコン薄膜１０４が上記のように構成されることで、２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳとなっている。Field-effect mobility of the crystalline silicon
非晶質シリコン薄膜１０５は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４上に形成される第２チャネル層である。本実施の形態における非晶質シリコン薄膜１０５は、真性アモルファスシリコン膜によって構成される。なお、本実施の形態における非晶質シリコン薄膜１０５の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。この非晶質シリコン薄膜１０５の役割は、トランジスタ動作時におけるドレイン端での電界集中を緩和させることである。つまりこの非晶質シリコン薄膜１０５は、電界緩和層として機能する。
The amorphous silicon
絶縁層１０７は、チャネル層（結晶シリコン薄膜１０４及び非晶質シリコン薄膜１０５）を保護する。絶縁層１０７は、一対のコンタクト層１０６を形成するときのエッチング処理時において、非晶質シリコン薄膜１０５がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。絶縁層１０７は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４の上方であって非晶質シリコン薄膜１０５の上に形成される。
The insulating
また、絶縁層１０７は、シリコン、酸素及びカーボンを含む有機材料を主として含有する有機材料からなる有機材料層、あるいは、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）又は窒化シリコン（ＳｉＮｙ）等の無機材料からなる無機材料層である。なお、絶縁層１０７は、絶縁性を有し、一対のコンタクト層１０６同士は電気的に接続されていない。The insulating
一対のコンタクト層１０６は、不純物を高濃度に含む非晶質半導体膜からなり、結晶シリコン薄膜１０４及び非晶質シリコン薄膜１０５の上方に絶縁層１０７を介して形成される。一対のコンタクト層１０６は、例えば、アモルファスシリコンに不純物としてリン（Ｐ）をドーピングしたｎ型半導体層であって、１×１０１９［ａｔｍ／ｃｍ３］以上の高濃度の不純物を含むｎ＋層である。なお、Ｐ型のＴＦＴを作製する場合、コンタクト層１０６は、ボロン（Ｂ）などの不純物をドープしたＰ型コンタクト層を形成すればよい。The pair of
一対のコンタクト層１０６は、絶縁層１０７上において所定の間隔をあけて対向配置されている。一対のコンタクト層１０６のそれぞれは、絶縁層１０７の上面から非晶質シリコン薄膜１０５までを跨るようにして形成されている。本実施の形態において、一対のコンタクト層１０６のうちの一方は、絶縁層１０７の一方の端部及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されており、絶縁層１０７の一方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１０７の一方の側面側領域における非晶質シリコン薄膜１０５の上面を覆うように形成される。また、一対のコンタクト層１０６のうちの他方は、絶縁層１０７の他方の端部及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されており、絶縁層１０７の他方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１０７の他方の側面側領域における非晶質シリコン薄膜１０５の上面を覆うように形成される。なお、コンタクト層１０６の膜厚は、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
The pair of
本実施の形態における一対のコンタクト層１０６は、非晶質シリコン薄膜１０５とソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとの間に形成されているが、非晶質シリコン薄膜１０５の側面及び結晶シリコン薄膜１０４の側面には形成されていない。一対のコンタクト層１０６は、非晶質シリコン薄膜１０５及び結晶シリコン薄膜１０４と面一に形成されている。
The pair of
なお、一対のコンタクト層１０６は、下層の低濃度の電界緩和層（ｎ−層）と上層の高濃度のコンタクト層（ｎ＋層）との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層には１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンがドーピングされている。上記２層はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において連続的に形成することができる。Note that the pair of contact layers 106 may be composed of two layers of a lower-layer low-concentration electric field relaxation layer (n − layer) and an upper-layer high-concentration contact layer (n + layer). The low concentration electric field relaxation layer is doped with phosphorus of about 1 × 10 17 [atm / cm 3 ]. The two layers can be formed continuously in a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.
一対のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄは、結晶シリコン薄膜１０４及び非晶質シリコン薄膜１０５の上方において、所定の間隔をあけて対向配置されるとともに一対のコンタクト層１０６上に当該一対のコンタクト層１０６と面一に形成されている。
The pair of
ソース電極１０８Ｓは、一方のコンタクト層１０６を介して、絶縁層１０７の一方の端部（一端部）及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されている。また、ドレイン電極１０８Ｄは、他方のコンタクト層１０６を介して、絶縁層１０７の他方の端部（他端部）及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されている。
The source electrode 108 </ b> S is formed so as to straddle one end portion (one end portion) of the insulating
本実施の形態において、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄは、それぞれ導電性材料又はこれらの合金等からなる単層構造又は多層構造とすることができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）等の材料により構成される。本実施の形態では、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄは、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造によって形成されている。なお、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄの膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
In this embodiment, the
以上のように、薄膜トランジスタ装置１００は構成される。
As described above, the thin
この薄膜トランジスタ装置１００では、チャネル層として構成される結晶シリコン薄膜１０４は、固有のフォノンモードに対応するラマンバンドの半値幅が、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たし、かつ、平均結晶粒径が約５０ｎｍ〜３００ｎｍを満たしている。In the
それにより、この薄膜トランジスタ装置１００は、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜をチャネル層として有することができる。
Thus, the thin
なお、薄膜トランジスタ装置１００は、後述する製造工程において、本発明の結晶性評価方法、結晶性評価装置またはそのコンピュータソフトによって、選別された結晶シリコン薄膜１０４を用いて形成される。結晶性評価方法等は後述するため、ここでは説明を省略する。後述する製造工程において、本発明の結晶性評価方法等を用いて、少なくとも固有のフォノンモードに対応するラマンバンドの半値幅が、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たす結晶シリコン薄膜１０４が選別される。Note that the thin
次に、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置１００の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｋを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｋは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における各工程の構成を模式的に示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the thin
まず、図２Ａに示すように、基板１０１を準備する。基板１０１としては、例えば、ガラス基板を用いる。なお、ゲート電極１０２を形成する前に、プラズマＣＶＤ等によって基板１０１上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びシリコン酸窒化膜などからなるアンダーコート層を形成するとしてもよい。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図２Ｂに示すように、基板１０１の上方に所定形状のゲート電極１０２をパターン形成する。例えば、基板１０１上に全面にモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等からなるゲート金属膜をスパッタによって成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングを施すことにより、ゲート金属膜をパターニングして所定形状のゲート電極１０２を形成する。ＭｏＷのウェットエッチングは、例えば、リン酸（ＨＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）及び水を所定の配合で混合した薬液を用いて行う。Next, as shown in FIG. 2B, a
次に、図２Ｃに示すように、基板１０１の上方にゲート絶縁膜１０３を形成する。例えば、ゲート電極１０２を覆うようにして、基板１０１の上方の全面に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１０３をプラズマＣＶＤ等によって成膜する。ここで、酸化シリコンは、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。Next, as illustrated in FIG. 2C, a
次に、図２Ｄに示すように、ゲート絶縁膜１０３の上に、結晶性シリコンからなる結晶シリコン薄膜１０４を形成する。具体的には、まず、ゲート絶縁膜１０３上に、例えばアモルファスシリコン（非晶質シリコン）からなる非晶質シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ等によって成膜し、脱水素アニール処理を行った後に、非晶質シリコン薄膜をレーザアニールして結晶化させることにより結晶シリコン薄膜１０４を形成する。なお、非晶質シリコン薄膜は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。また、脱水素アニール処理は、例えば、４５０℃〜５５０℃で、５分〜１時間程度行えばよい。Next, as shown in FIG. 2D, a crystalline silicon
なお、本実施の形態では、グリーンレーザを用いたレーザアニールによって非晶質シリコン薄膜を結晶化させたが、結晶化の方法としては、波長が３７０ｎｍ〜９００ｎｍ程度のパルスレーザを用いたレーザアニール法、波長が３７０ｎｍ〜９００ｎｍ程度の連続発振レーザを用いたレーザアニール法を用いるとしてもよい。 In this embodiment, the amorphous silicon thin film is crystallized by laser annealing using a green laser. As a crystallization method, a laser annealing method using a pulse laser having a wavelength of about 370 nm to 900 nm is used. Alternatively, a laser annealing method using a continuous wave laser having a wavelength of about 370 nm to 900 nm may be used.
その後、結晶シリコン薄膜１０４に対して水素プラズマ処理を行うことにより、結晶シリコン薄膜１０４のシリコン原子に対して水素化処理を行う。水素プラズマ処理は、例えばＨ２、Ｈ２／アルゴン（Ａｒ）等の水素ガスを含むガスを原料として高周波（ＲＦ）電力により水素プラズマを発生させて、当該水素プラズマを結晶シリコン薄膜１０４に照射することにより行われる。この水素プラズマ処理によって、シリコン原子のダングリングボンド（欠陥）が水素終端され、結晶シリコン薄膜１０４の結晶欠陥密度が低減して結晶性が向上する。Thereafter, a hydrogen plasma process is performed on the crystalline silicon
ここで、本実施の形態では、本発明の結晶性評価方法等により、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別する。具体的には、まず、本発明の結晶性評価方法等により、結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値（ピーク強度、半値幅、ラマンシフト量など）を評価する。続いて、取得した結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値（ピーク強度、半値幅、ラマンシフト量など）に基づき、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別する。例えば、好ましい膜質条件すなわち結晶シリコン薄膜１０４の好ましい結晶性を示す値として、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドの半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たすかを検査する。そして、検査の際、上記条件をクリアした結晶シリコン薄膜１０４のみを選別する。このようにして、所望の特性として移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４のみを選別して後の工程に送ることができる。なお、このように選別された結晶シリコン薄膜１０４の平均結晶粒径は、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。Here, in the present embodiment, the crystalline silicon
また、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４のみを選別する方法としては、上記に限られない。すなわち、結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値として、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコンのラマン半値幅との比が１．５〜１．８を満たすものを選別するとしてもよいし、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコン基板のラマン半値幅の差が、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１を満たすものを選別するとしてもよい。また、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク値と、多結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との比（ピーク値／ラマン半値幅）が、０．１〜０．２を満たすものを選別するとしてもよい。ここで、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク位置は、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１であり、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅の値は、３．４ｃｍ−１である。In addition, the method for selecting only the crystalline silicon
次に、図２Ｅに示すように、結晶シリコン薄膜１０４上に、非晶質シリコン薄膜１０５を形成する。具体的には、結晶シリコン薄膜１０４を形成した後に、プラズマＣＶＤ等を用いて、所定の成膜条件（形成条件）によってアモルファスシリコン膜からなる非晶質シリコン薄膜１０５を成膜する。
Next, as shown in FIG. 2E, an amorphous silicon
次に、図２Ｆに示すように、非晶質シリコン薄膜１０５上に、絶縁層１０７を形成するための絶縁層形成用膜１０７ａを形成する。絶縁層形成用膜１０７ａは、無機材料を用いて形成される。
Next, as shown in FIG. 2F, an insulating
例えば、絶縁層形成用膜１０７ａが酸化シリコン等の無機材料によって形成される場合、絶縁層形成用膜１０７ａの上に、所定形状の絶縁層１０７を規定するフォトマスクとして、所定幅のレジスト（不図示）を形成する。
For example, in the case where the insulating
次に、レジストをマスクとしてドライエッチングを施すことによって、図２Ｇに示すように、絶縁層形成用膜１０７ａをパターニングして所定形状の絶縁層１０７を形成する。次いで、絶縁層１０７上に形成されているレジストを除去する。これにより、絶縁層１０７の上面が露出する。
Next, by performing dry etching using a resist as a mask, the insulating
次に、図２Ｈに示すように、絶縁層１０７を覆うようにして非晶質シリコン薄膜１０５上に、コンタクト層１０６となるコンタクト層用膜１０６ａを形成する。具体的に、絶縁層１０７の上面から非晶質シリコン薄膜１０５の平坦部までを跨るようにして、例えばプラズマＣＶＤによって、リン等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコンからなるコンタクト層用膜１０６ａを成膜する。
Next, as shown in FIG. 2H, a
なお、コンタクト層用膜１０６ａは低濃度の電界緩和層と高濃度のコンタクト層との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層は１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンをドーピングすることによって形成することができる。上記２層はＣＶＤ装置において連続的に形成することができる。The
次に、図２Ｉに示すように、コンタクト層用膜１０６ａを覆うようにして、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとなるソースドレイン金属膜１０８を形成する。例えば、スパッタによって、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造のソースドレイン金属膜１０８を成膜する。
Next, as shown in FIG. 2I, the source /
その後、図示しないが、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成するために、ソースドレイン金属膜１０８上にレジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。
After that, although not shown, in order to form the
次に、このレジストをマスクとしてウェットエッチングを施してソースドレイン金属膜１０８をパターニングすることにより、図２Ｊに示すように、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成する。なお、このとき、コンタクト層用膜１０６ａがエッチングストッパとして機能する。その後、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄ上のレジストを除去する。また、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層用膜１０６ａをパターニングして所定形状の一対のコンタクト層１０６を形成する。なお、ドライエッチングの条件としては、塩素系ガスを用いることができる。
Next, wet etching is performed using this resist as a mask to pattern the source /
このようにして、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００を製造することができる。
Thus, the thin
なお、その後、図２Ｋに示すように、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄの上から全体を覆うようにして、ＳｉＮ等の無機材料からなるパッシベーション膜１０９を形成してもよい。
After that, as shown in FIG. 2K, a
また、上記では、説明を簡便にするため、一つの薄膜トランジスタ装置の製造方法について説明したが、それに限らない。一つの薄膜トランジスタ装置ではなく、複数の薄膜トランジスタ装置をアレイ状に製造するとしてもよい。その場合には、図２Ｄに示す工程では、アレイ状に形成された複数の結晶シリコン薄膜１０４うちの一つの結晶シリコン薄膜１０４を代表して検査すればよい。そして、検査後、上記条件をクリアした結晶シリコン薄膜１０４を含むアレイのみを選別するとすればよい。それにより、複数の薄膜トランジスタ装置を、ばらつきのない高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜で構成することができるので、この薄膜トランジスタ装置を大画面に用いられる有機ＥＬパネル等に用いることができるという効果を奏する。
In the above description, for the sake of simplicity of explanation, a method for manufacturing one thin film transistor device has been described. However, the present invention is not limited to this. A plurality of thin film transistor devices may be manufactured in an array instead of a single thin film transistor device. In that case, in the step shown in FIG. 2D, one crystalline silicon
続いて、図２Ｄにおいて、本発明の結晶性評価方法等を用いて、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別する方法について説明する。具体的には、本発明の結晶性評価方法、結晶性評価装置、またはそのコンピュータソフトを用いて、結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値（ピーク強度、半値幅、ラマンシフト量など）を評価する。そして、所望の特性として移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４のみを選別する方法について説明する。
Next, referring to FIG. 2D, a method for selecting the crystalline silicon
図３は、本発明の実施の形態１における結晶シリコン薄膜の結晶性評価に用いるラマン分光装置２００の概略図である。つまり、例えば結晶シリコン薄膜１０４における固有のフォノンモードに対応するラマン半値幅などの結晶シリコン薄膜１０４の評価（検査）は、例えば図３に示すラマン分光装置を用いて行われる。以下、図３に示すラマン分光装置２００について説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram of a
図３に示すラマン分光装置２００は、光源２０１と、アッテネーター２０２と、フィルター２０３と、ミラー２０４と、ビームスプリッター２０５と、対物レンズ２０６と、ステージ２０８と、スリット２０９と、分光器２１０と、検出器２１１とを備え、試料２０７に対してラマン分光測定を行う。ここで、試料２０７は、上述の製造方法にてゲート電極上に結晶シリコン薄膜が形成されたものまたはそれに相当するものである。
The
光源２０１には、波長４７０ｎｍ〜７００ｎｍ程度レーザ光が用いられる。例えば、光源２０１は、波長５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザ、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザなどが用いられる。
As the
アッテネーター２０２は、光源２０１から出射されたレーザ光を、試料２０７に影響が生じない程度に減光する。
The
フィルター２０３は、アッテネーター２０２で減光された光を、所望の波長以外の光を徐光して通過させる。
The
なお、本実施の形態では、レーザパワーは、光源２０１及びアッテネーター２０２に構成される各対物レンズの倍率によって、試料２０７のスペクトルの変化がないように調整している。例えば、各対物レンズの倍率を５０倍とする場合、試料２０７上におけるレーザパワーを１ｍＷ〜２０ｍＷに調整する。
In this embodiment, the laser power is adjusted so that the spectrum of the
ミラー２０４は、フィルター２０３を通過した光の進行方向を制御する。
The
ビームスプリッター２０５は、ミラー２０４により進行方向が制御された光を、顕微鏡システムの対物レンズ２０６まで導く。また、ビームスプリッター２０５は、試料２０７の試料面で散乱した散乱光であって対物レンズ２０６で集光された散乱光を、スリット２０９を介して分光器２１０に導く。
The
対物レンズ２０６は、ビームスプリッター２０５を介して導かれた光を集光し、ステージ２０８上の試料２０７に照射する。ここで、対物レンズ２０６は、その倍率を変化させることで、試料２０７面に照射されるレーザ光の照射スポット（空間分解能）を変化させることができる。例えば、この対物レンズ２０６の倍率を１００倍とした場合、試料２０７の試料面でのレーザ光の照射スポット径を、約０．６μｍとする。
The
また、対物レンズ２０６は、試料２０７の試料面で散乱した散乱光を集光して、ビームスプリッター２０５に導く。
The
スリット２０９は、その幅（スリット幅）により通過する光のスペクトル分解能を向上させる。ここで、スリット幅は、狭い場合にはスペクトル分解能を向上させるものの、散乱光の強度が減少する。このため、分解能とＳ／Ｎの兼ね合いで、装置毎に適切に設定する必要がある。本実施の形態では、例えば、２０μｍ〜２００μｍ程度に設定される。
The
分光器２１０は、光を波長の違いに従って分解し、スペクトル（分散された光）を得るための装置である。分光器２１０は、スリット２０９を介して導かれた光を分散する。分光器２１０は、一般的に、シングルモノクロメーターが用いられる。分光器２１０に構成されるグレーティングの数を増加させると、分解能は向上するものの、スペクトルの取得領域が減少し、散乱光強度が減少する。そのため、測定対象によってグレーティングの数（溝数）を適切に選択する必要がある。本実施の形態では、例えば１８００Ｇ／ｍｍ〜３０００Ｇ／ｍｍ程度の溝数のものを用いる。
The
検出器２１１は、分光器２１０で分散された光を、シグナルとして検出することで、ラマンスペクトルを得る。検出器２１１は、例えば光電子倍増管やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて構成される。ここで、分光器２１０と検出器２１１との距離は、焦点距離と呼ばれる。焦点距離が長いと、スペクトルの波数分解能は向上するものの、散乱光強度が減衰する。そのため、本実施の形態では、焦点距離２５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度としている。
The
以上のように、ラマン分光装置２００は構成される。
As described above, the
次に、上記ラマン分光装置２００を用いて得られたラマンスペクトルを解析する方法について説明する。
Next, a method for analyzing a Raman spectrum obtained using the
図４は、本発明の実施の形態１におけるラマンスペクトルの解析方法を説明するためのフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態１における結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the Raman spectrum analysis method according to
まず、ラマン分光装置２００を用いて、ラマンスペクトルを測定する（Ｓ２０１）。具体的には、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。より具体的には、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。ここで、ラマン分光法は、ラマンシフトが物質に固有であることを利用する測定方法であり、試料にレーザ光を照射し、発生するラマン散乱光を測定することによって、非破壊・非接触測定で微視的な物性を知ることができる。測定条件としては、測定位置をゲート電極上の結晶シリコン薄膜とし、励起波長を５３２ｎｍとする。また、測定スポット径は１．３μｍΦであり、波数分解能は１．５ｃｍ−１である。First, a Raman spectrum is measured using the Raman spectroscopic device 200 (S201). Specifically, the peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon mode unique to the semiconductor film is measured by Raman spectroscopy. More specifically, the peak waveform of the Raman band corresponding to the intrinsic phonon mode of the crystalline silicon thin film is measured by Raman spectroscopy. Here, Raman spectroscopy is a measurement method that utilizes the fact that the Raman shift is intrinsic to a substance. Non-destructive and non-contact measurement is performed by irradiating a sample with laser light and measuring the generated Raman scattered light. You can know the microscopic physical properties. As measurement conditions, the measurement position is a crystalline silicon thin film on the gate electrode, and the excitation wavelength is 532 nm. The measurement spot diameter is 1.3 μmΦ, and the wave number resolution is 1.5 cm −1 .
結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークは、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観測される。なお、結晶シリコン膜は、４５０ｃｍ−１〜５５０ｃｍ−１の領域にシリコンの固有のフォノンに対応するラマンバンドのピークが観測され、微結晶シリコン膜の固有のフォノンに対応するラマンバンドのピークは５００ｃｍ−１〜５１０ｃｍ−１付近、ａ−Ｓｉ膜の固有のフォノンに対応するラマンバンドのピークは４８０ｃｍ−１付近に観測される。本実施の形態では、測定したスペクトル（ラマンスペクトル）のうち、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形に対して解析を行っている。The peak of the Raman band corresponding to the intrinsic phonon mode of the crystalline silicon thin film is observed at 516
次に、測定したラマンスペクトルのベースラインを補正する（Ｓ２０２）。具体的には、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を測定後、測定したピーク波形のベースラインを補正する。例えば、ラマンスペクトルを解析した領域に対して直線近似を行なう方法によりベースラインの補正を行う。ラマンスペクトルは、サンプル（ここでは試料２０７）や測定環境の影響を受けて、ベースラインが傾斜してしまうからである。なお、ベースラインが傾斜していない場合もあり、その場合には、ベースラインの補正を行う必要はない。 Next, the baseline of the measured Raman spectrum is corrected (S202). Specifically, after measuring the peak waveform of the Raman band corresponding to the intrinsic phonon mode of the crystalline silicon thin film, the baseline of the measured peak waveform is corrected. For example, the baseline is corrected by a method of performing linear approximation on the region where the Raman spectrum is analyzed. This is because the baseline of the Raman spectrum is inclined due to the influence of the sample (here, the sample 207) and the measurement environment. In some cases, the baseline is not inclined. In this case, it is not necessary to correct the baseline.
次に、ガウス関数を用いて測定したラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ２０３）。具体的には、ガウス関数を用いて、測定したラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する。そして、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する。より具体的には、ガウス関数（ガウス分布）を用いてラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成したラマンピーク波形解析モデルを高さ方向についてフィッティング（ラマンスペクトルの再現）を行う。そして、フィッティングされたラマンピーク波形解析モデル（第１フィッティング波形）の強度（ピーク値）を抽出する。本実施の形態では、ガウス関数（ガウス分布）を用いて結晶シリコン薄膜のラマンバンドのラマンピーク波形解析モデルを生成する。そして、ベースラインを補正したラマンスペクトルのうち、結晶シリコン薄膜の成分すなわち５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観察されるラマンバンドのピークに対してフィッティングを行い、強度（ピーク値）を抽出する。Next, the Raman spectrum measured using a Gaussian function is fitted (S203). Specifically, the first fitting waveform which is a waveform fitted by the Gaussian function is generated by fitting the peak waveform of the measured Raman band using the Gaussian function. Then, the peak value of the first fitting waveform is extracted. More specifically, a Raman peak waveform analysis model is generated using a Gaussian function (Gaussian distribution), and the generated Raman peak waveform analysis model is fitted in the height direction (reproduction of a Raman spectrum). Then, the intensity (peak value) of the fitted Raman peak waveform analysis model (first fitting waveform) is extracted. In this embodiment, a Raman peak waveform analysis model of the Raman band of the crystalline silicon thin film is generated using a Gaussian function (Gaussian distribution). Of the Raman spectra corrected for baseline performed fitted to the peak of the Raman bands observed component of the crystalline silicon thin film that is 516cm -1 ~518cm -1, extracting the intensity (peak value).
次に、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ２０４）。 Next, using the extracted peak value, Raman spectrum fitting is performed using a Lorentz function (S204).
具体的には、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する。より具体的には、ローレンツ関数を用いて、別途ラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成したラマンピーク波形解析モデルを用いて、結晶シリコン薄膜のラマンバンドの幅方向についてフィッティングを行う。 Specifically, a second fitting waveform that is a waveform fitted by the Lorentz function is generated by fitting the peak waveform of the Raman band using the Lorentz function using the extracted peak value. More specifically, a Raman peak waveform analysis model is separately generated using a Lorentz function, and fitting is performed in the width direction of the Raman band of the crystalline silicon thin film using the generated Raman peak waveform analysis model.
つまり、本実施の形態では、ベースラインを補正した結晶シリコン薄膜のラマンバンドに対して、まず、ガウス関数から生成したラマンピーク波形解析モデルを用いてピーク値をフィッティングした後に、ローレンツ関数から生成したラマンピーク波形解析モデルを用いて、さらに幅方向に対してフィッティングを行う。その解析結果を示したものが図５である。 In other words, in the present embodiment, the Raman band of the crystalline silicon thin film whose base line is corrected is first generated using the Lorentz function after fitting the peak value using the Raman peak waveform analysis model generated from the Gauss function. Further fitting is performed in the width direction using the Raman peak waveform analysis model. FIG. 5 shows the analysis result.
次に、Ｓ２０４でのラマンスペクトルのフィッティング結果から、パラメータを抽出して出力する。具体的には、第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する。より具体的には、スペクトル解析すなわちＳ２０４でフィティングして得られたラマンピーク波形解析モデルから、パラメータとして各成分におけるピーク位置、半値幅（ラマン半値幅）、ピーク値（ピーク強度）または体積分率（結晶化率）などを抽出して、出力する（Ｓ２０５）。 Next, parameters are extracted and output from the result of Raman spectrum fitting in S204. Specifically, the peak value, half width, or wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform is output. More specifically, the peak position, half-value width (Raman half-value width), peak value (peak intensity) or volume integral of each component as a parameter from the spectrum analysis, that is, the Raman peak waveform analysis model obtained by fitting in S204. The rate (crystallization rate) and the like are extracted and output (S205).
次に、例えば予めルックアップテーブルに保存されているパラメータとＳ２０５で出力されたパラメータとを比較し、結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を取得する（Ｓ２０６）。具体的には、出力されたピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長（ラマンシフト量）に基づき、結晶性半導体膜の結晶性を評価する。 Next, for example, the parameter stored in advance in the lookup table is compared with the parameter output in S205, and a value indicating the crystallinity of the crystalline silicon thin film is obtained (S206). Specifically, the crystallinity of the crystalline semiconductor film is evaluated based on the output peak value, full width at half maximum, or wavelength indicating the peak value (Raman shift amount).
より具体的には、Ｓ２０５で出力されたピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長（ラマンシフト量）と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長（ラマンシフト量）と比較することにより、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価する。 More specifically, the peak value, half width, or wavelength (Raman shift amount) indicating the peak value output in S205, and the reference peak value, reference half width, or reference peak stored in advance in the lookup table. The crystallinity of the crystalline semiconductor film is evaluated by comparison with a wavelength (Raman shift amount) indicating the value.
ここで、結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値とは、例えば、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドの半値幅（ラマン半値幅）である。また、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコンのラマン半値幅との比の値であってもよく、結晶シリコン薄膜１０４の半値幅と単結晶シリコン基板のラマン半値幅の差の値でもよい。また、例えば、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク値と、多結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との比（ピーク値／ラマン半値幅）の値であってもよい。
Here, the value indicating the crystallinity of the crystalline silicon thin film is, for example, the half band width (Raman half width) of the Raman band of the crystalline silicon
また、ルックアップテーブルには、参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長として、Ｓ２０１より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅またはピーク値が予め保存されている。また、ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されている。 In the lookup table, the peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon mode unique to the crystalline semiconductor film is set as the Lorentz wavelength before S201 as the wavelength indicating the reference peak value, the reference half width, or the reference peak value. The peak value, half width, or peak value of the third fitting waveform obtained by fitting using a function is stored in advance. In the lookup table, the crystallinity evaluation of the crystalline semiconductor film including the crystal grain size, the abundance ratio of the crystal grains, and the mobility includes the reference peak value, the reference half width, or the wavelength indicating the reference peak value. It is linked and saved.
以上のようにして、ラマン分光装置２００で得られたラマンスペクトルを解析して、結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を取得する。
As described above, the Raman spectrum obtained by the
なお、このラマン分光装置２００を用いて得られたラマンスペクトルは、上記の評価方法を実行する評価装置により実行されるとしてもよい。その場合、評価装置は、測定部と、第１生成部と、抽出部と、第２生成部と、出力部と、評価部とを備えるとすればよい。ここで、測定部は、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。第１生成部は、ガウス関数を用いて、測定したラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する。抽出部は、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する。第２生成部は、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する。評価部は、第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長を出力する出力部と、出力されたピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長に基づき、半導体膜の結晶性を評価する。
Note that the Raman spectrum obtained using the
また、評価装置を構成する処理手段をステップとしてコンピュータに実行させるコンピータソフトとして実現したりしてもよい。つまり、上述した結晶性評価方法を行うプログラムが記録されたコンピュータソフトが組み込まれているコンピュータを実行することで、結晶性を評価してもよい。 Moreover, you may implement | achieve as computer software which makes a computer perform the processing means which comprises an evaluation apparatus as a step. That is, the crystallinity may be evaluated by executing a computer in which computer software in which a program for performing the above-described crystallinity evaluation method is recorded is executed.
次に、本発明の結晶性半導体膜の結晶性評価方法を用いることにより、結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できることについて説明する。 Next, the fact that the crystallinity of the crystalline semiconductor film can be accurately evaluated by using the method for evaluating the crystallinity of the crystalline semiconductor film of the present invention will be described.
図６は、結晶性半導体膜の結晶性評価方法と半値幅の値のばらつきとの関係を示す図である。ここで、縦軸は、同程度に結晶化された組織を１０点以上測定し、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観察されるラマンバンドの半値幅（ｃｍ−１）のばらつきすなわちラマン半値幅ばらつきを示している。横軸は、測定したラマンスペクトルのラマン半値幅を評価する方法を示している。具体的には、図６に示す本願は、測定したラマンスペクトルをガウス関数でフィッティングし、ピーク値を得た後、得られたピーク値を初期値として、ローレンツ関数でフィッティングすることでラマン半値幅を得る評価方法を示している。一方、図６に示すＧａｕｓｓは、測定したラマンスペクトルをガウス関数のみでフィッティングしてラマン半値幅を得る評価方法を示している。図６に示すＬｏｒｅｎｔｓは、測定したラマンスペクトルをローレンツ関数のみでフィッティングしてラマン半値幅を得る評価方法を示している。また、図６に示すＭｉｘは、測定したラマンスペクトルをガウス関数とローレンツ関数を複合させた複合関数（Ｖｏｉｔ関数）でフィッティングしてラマン半値幅を得る評価方法を示している。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the crystallinity evaluation method for a crystalline semiconductor film and the variation in the half-value width. Here, the vertical axis, the crystallized tissue to the same extent measured above 10 points, the variation i.e. Raman half-value width variation of the half-value width of the Raman bands (cm -1) observed in 516cm -1 ~518cm -1 Is shown. The horizontal axis shows a method for evaluating the Raman half-value width of the measured Raman spectrum. Specifically, in the present application shown in FIG. 6, the Raman half-width is obtained by fitting the measured Raman spectrum with a Gaussian function to obtain a peak value and then fitting the obtained peak value with an initial value using the Lorentz function. It shows the evaluation method to get. On the other hand, Gauss shown in FIG. 6 shows an evaluation method for obtaining a Raman half-value width by fitting a measured Raman spectrum with only a Gaussian function. Lorents shown in FIG. 6 represents an evaluation method for obtaining a Raman half-value width by fitting a measured Raman spectrum using only a Lorentz function. Further, Mix shown in FIG. 6 represents an evaluation method for obtaining a Raman half-value width by fitting a measured Raman spectrum with a composite function (Voit function) in which a Gaussian function and a Lorentz function are combined.
図６からわかるように、従来の評価方法（Ｍｉｘ、Ｇａｕｓｓ、Ｌｏｒｅｎｔｓ）に比べると、本願の評価方法を用いると、得られたラマン半値幅のばらつきが小さいことがわかる。つまり、本願の評価方法を用いると、より正確なラマン半値幅（結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値）を得ることができるのがわかる。 As can be seen from FIG. 6, when the evaluation method of the present application is used, the variation in the obtained Raman half-value width is small compared to the conventional evaluation methods (Mix, Gauss, Lorents). In other words, it can be seen that a more accurate Raman half width (a value indicating the crystallinity of the crystalline silicon thin film) can be obtained by using the evaluation method of the present application.
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００の結晶シリコン薄膜１０４における所望の結晶性を示す値（好ましい膜質条件）について説明する。
Next, a value (preferred film quality condition) indicating desired crystallinity in the crystalline silicon
図７は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との関係を示す図である。ここで、図７に示す各データ点は、上述の製造方法にてゲート電極上に結晶シリコン薄膜が形成された複数の試料２０７それぞれに対するものである。また、縦軸は、移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観察されるラマンバンドの半値幅（ｃｍ−１）すなわちラマン半値幅を示している。また、図８は、図７の移動度の絶対値のばらつきを示す図である。つまり、図８は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度（図７）の絶対値のばらつきと、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との関係を示す図である。ここで、縦軸は、結晶シリコン薄膜の移動度のばらつき（％）（３σ／平均値×１００）を示しており、横軸は、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅（ｃｍ−１）を示している。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the mobility of the crystalline silicon thin film formed by the manufacturing method according to
図８に示すように、移動度のばらつきが少ない範囲は、ラマン半値幅は、５．２ｃｍ−１〜５．８ｃｍ−１を示す範囲Ｆ２であるのがわかる。As shown in FIG. 8, the range variations in mobility is small, Raman half-value width, it can be seen that the range F2 showing the 5.2cm -1 ~5.8cm -1.
それにより、図７において、移動度のばらつきが比較的少ない範囲は、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲Ｆ１であるのがわかる。つまり、ラマン半値幅が５．２ｃｍ−１〜５．８ｃｍ−１を示す範囲Ｆ１では、移動度は２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示すことがわかる。Accordingly, in FIG. 7, it can be seen that the range in which the mobility variation is relatively small is a range F1 in which the mobility is 20 cm 2 / VS to 50 cm 2 / VS. That is, in the range F1 Raman half-value width shows a 5.2cm -1 ~5.8cm -1, mobility is seen to exhibit a 20cm 2 / VS~50cm 2 / VS.
したがって、好ましい膜質条件として、結晶シリコン薄膜が、そのラマン半値幅として５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たす場合に、所望の特性（結晶シリコン薄膜は移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する。Thus, preferred as the film quality condition, the crystalline silicon thin film, in which case satisfying 5.0cm -1 ~6.0cm -1 as the Raman half-value width, the desired characteristics (crystalline silicon thin film high mobility without variation in the mobility Characteristics).
このことからも、好ましい膜質条件として結晶シリコン薄膜のラマン半値幅が５．２ｃｍ−１〜５．８ｃｍ−１を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有することがわかる。This also preferred when the Raman half-value width of the silicon thin film as a quality condition satisfies 5.2cm -1 ~5.8cm -1, crystalline silicon thin film high mobility without variation in desired properties (mobility It can be seen that the
これは、ラマン半値幅が５ｃｍ−１より小さい場合には、結晶シリコン薄膜の粒径が大きく（大粒径）なり、移動度のバラツキが大きくなると解することができる。一方、ラマン半値幅が６ｃｍ−１より大きい場合には、結晶シリコン薄膜の粒径は小さいものの、Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅの結晶状態（微結晶組織と部分的に溶融した組織の混晶）が混ざることで、移動度のバラツキが大きくなると解することができる。This can be understood that when the Raman half-value width is smaller than 5 cm −1 , the crystal silicon thin film has a large particle size (large particle size) and a large variation in mobility. On the other hand, when the Raman half-value width is larger than 6 cm −1 , the crystal silicon thin film has a small particle diameter, but the Explosive crystal state (mixed crystal of the microcrystalline structure and the partially melted structure) is mixed. It can be understood that the variation in degree increases.
以上のように、図２Ｄに示す薄膜トランジスタ装置１００の製造工程では、図４のＳ２０６において、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマン半値幅が、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たしているか否かを判定することにより、結晶性半導体膜の結晶性を評価する。そして、薄膜トランジスタ装置１００では、上記条件を満たす結晶シリコン薄膜１０４が選別されてチャネル層として構成される。As described above, in the manufacturing process of the
なお、上記では、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅を用いて示したが、それに限らない。結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比で示すとしてもよいし、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコンのラマン半値幅の差の値で評価するとしてもよい。以下、その例について図９及び図１０を用いて説明する。 In the above, the value indicating the crystallinity of a crystalline silicon thin film having desired characteristics (high mobility characteristics without variation in mobility) is shown using the Raman half-value width of the crystalline silicon thin film. Absent. The Raman half width of the crystalline silicon thin film may be indicated by the ratio of the single crystal silicon (c-Si) to the Raman half width of the crystalline silicon thin film, or the Raman half width of the crystalline silicon thin film may be evaluated by the difference in the Raman half width of the single crystal silicon. You may do that. Hereinafter, the example is demonstrated using FIG.9 and FIG.10.
図９は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比との関係を示す図である。ここで、縦軸は、移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比を示している。また、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値値は、３．４ｃｍ−１であり、ラマンシフトが５２０ｃｍ−１付近のラマンバンドの半値値である。FIG. 9 shows the relationship between the mobility of the crystalline silicon thin film formed by the manufacturing method in this embodiment and the ratio of the Raman half width of the crystalline silicon thin film to the Raman half width of single crystal silicon (c-Si). FIG. Here, the vertical axis represents mobility (cm 2 / VS), and the horizontal axis represents the ratio of the Raman half width of the crystalline silicon thin film to the Raman half width of single crystal silicon (c-Si). . Further, the Raman half-value value of single crystal silicon (c-Si) is 3.4cm -1, the Raman shift is half value of the Raman band near 520 cm -1.
図９において、範囲Ｆ３は、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲である。この範囲Ｆ３では、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比は、１．５〜１．８を示す。In FIG. 9, a range F3 is a range in which mobility is 20 cm 2 / VS to 50 cm 2 / VS. In this range F3, the ratio of the Raman half width of the crystalline silicon thin film to the Raman half width of single crystal silicon (c-Si) is 1.5 to 1.8.
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比が、１．５〜１．８を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。 Therefore, in S206, it is determined whether or not the ratio of the Raman half width of the crystalline silicon thin film to the Raman half width of single crystal silicon (c-Si) satisfies 1.5 to 1.8. It is evaluated whether or not the crystalline semiconductor film having crystallinity is crystalline. When the preferable film quality condition is satisfied, the crystalline silicon thin film is evaluated to have desired characteristics (high mobility characteristics without variations in mobility).
図１０は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅及び単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅の差との関係を示す図である。ここで、縦軸は、移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は結晶シリコン薄膜のラマン半値幅から単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅を引いた値（ｃｍ−１）を示している。ここで、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ののラマン半値幅の値は、３．４ｃｍ−１である。FIG. 10 shows the relationship between the mobility of the crystalline silicon thin film formed by the manufacturing method in this embodiment and the difference between the Raman half width of the crystalline silicon thin film and the Raman half width of single crystal silicon (c-Si). FIG. Here, the vertical axis represents mobility (cm 2 / VS), and the horizontal axis represents a value obtained by subtracting the Raman half width of single crystal silicon (c-Si) from the Raman half width of the crystalline silicon thin film (cm − 1 ). Here, the value of the Raman half width of single crystal silicon (c-Si) is 3.4 cm −1 .
図１０において、範囲Ｆ４は、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲である。この範囲Ｆ４では、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅と単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅との差は、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１を示す。In FIG. 10, a range F4 is a range in which mobility is 20 cm 2 / VS to 50 cm 2 / VS. In this range F4, the difference between the Raman half-value width of the Raman half-value width and the single-crystal silicon of the crystalline silicon thin film (c-Si) shows a 1.8cm -1 ~2.4cm -1.
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅と単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅との差が、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。Accordingly, in S206, the difference between the Raman half-value width of the Raman half-value width and the single-crystal silicon of the crystalline silicon thin film (c-Si) is to determine whether they meet the 1.8cm -1 ~2.4cm -1 Thus, it is evaluated whether or not the crystalline semiconductor film having desired characteristics is crystalline. When the preferable film quality condition is satisfied, the crystalline silicon thin film is evaluated to have desired characteristics (high mobility characteristics without variations in mobility).
また、上記では、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅を用いて算出した値を用いて示したが、それに限らない。以下、例示として、結晶シリコン薄膜のラマンバンドのピーク位置またはピーク値（ピーク強度）を用いる場合について説明する。 In the above, the value indicating the crystallinity of a crystalline silicon thin film having desired characteristics (high mobility characteristics without variation in mobility) is calculated using the value calculated using the Raman half width of the crystalline silicon thin film. Although shown, it is not limited to this. Hereinafter, as an example, the case where the peak position or peak value (peak intensity) of the Raman band of the crystalline silicon thin film is used will be described.
まず、図１１を用いて、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１にラマンバンドのピークが観察される結晶シリコン薄膜の移動度について示す。First, the mobility of a crystalline silicon thin film in which a Raman band peak is observed at 516
図１１は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のピーク位置との関係を示す図である。ここで、縦軸は、ピーク位置（ｃｍ−１）を示しており、横軸は結晶シリコン薄膜の移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示している。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the mobility of the crystalline silicon thin film formed by the manufacturing method in the present embodiment and the peak position of the crystalline silicon thin film. Here, the vertical axis indicates the peak position (cm −1 ), and the horizontal axis indicates the mobility (cm 2 / VS) of the crystalline silicon thin film.
図１１に示すように、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１にラマンバンドのピークが観察される結晶シリコン薄膜では、〜１５０ｃｍ２／ＶＳの高移動度を有することがわかる。As shown in FIG. 11, it can be seen that a crystalline silicon thin film in which a Raman band peak is observed at 516
次に、結晶シリコン薄膜のラマンバンドのピーク位置またはピーク値（ピーク強度）を用いた結晶シリコン薄膜１０４における好ましい膜質条件について説明する。
Next, preferable film quality conditions in the crystalline silicon
図１２は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度との関係を示す図である。ここで、縦軸は、多結晶シリコン薄膜の移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は、移動度４０ｃｍ２／ＶＳにおける結晶シリコン薄膜のピーク強度で規格化されたピーク強度を示している。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the mobility of the crystalline silicon thin film formed by the manufacturing method in the present embodiment and the normalized peak intensity of the crystalline silicon thin film. Here, the vertical axis indicates the mobility (cm 2 / VS) of the polycrystalline silicon thin film, and the horizontal axis indicates the peak intensity normalized by the peak intensity of the crystalline silicon thin film at the mobility of 40 cm 2 / VS. Show.
図１２に示すように、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲では、結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度は、０．５〜１．２を示しているのがわかる。As shown in FIG. 12, in a range where the mobility indicates a 20cm 2 / VS~50cm 2 / VS, the normalized peak intensity of the crystalline silicon thin film, it can be seen that shows the 0.5 to 1.2 .
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度が、０．５〜１．２を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、所望の特性（結晶シリコン薄膜は移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。 Accordingly, in S206, it is determined whether or not the crystalline peak of the crystalline semiconductor thin film has the desired characteristics by determining whether or not the normalized peak intensity of the crystalline silicon thin film satisfies 0.5 to 1.2. To evaluate. And when satisfy | filling the said preferable film quality conditions, it is evaluated that a desired characteristic (a crystalline silicon thin film has the characteristic of a high mobility without the dispersion | variation in a mobility).
図１３は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度のラマン半値幅に対する比との関係を示す図である。ここで、縦軸は、結晶シリコン薄膜の移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は、移動度４０ｃｍ２／ＶＳにおける結晶シリコン薄膜のピーク強度で規格化されたラマン半値幅を示している。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the mobility of the crystalline silicon thin film formed by the manufacturing method in the present embodiment and the ratio of the normalized peak intensity of the crystalline silicon thin film to the Raman half width. Here, the vertical axis indicates the mobility (cm 2 / VS) of the crystalline silicon thin film, and the horizontal axis indicates the Raman half-value width normalized by the peak intensity of the crystalline silicon thin film at the mobility of 40 cm 2 / VS. Show.
図１３に示すように、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲では、結晶シリコン薄膜の規格化されたラマン半値幅は、０．１〜０．２を示す。As shown in FIG. 13, in a range where the mobility indicates a 20cm 2 / VS~50cm 2 / VS, the normalized Raman half-value width of the silicon thin film shows a 0.1 to 0.2.
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度のラマン半値幅に対する比が０．１〜０．２を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。 Therefore, in S206, it is determined whether the ratio of the normalized peak intensity of the crystalline silicon thin film to the Raman half width satisfies 0.1 to 0.2, whereby the crystalline semiconductor film having desired characteristics is obtained. Evaluate whether it is crystalline. When the preferable film quality condition is satisfied, the crystalline silicon thin film is evaluated to have desired characteristics (high mobility characteristics without variations in mobility).
以上のように、本実施の形態によれば、本発明の結晶性評価方法等を用いて、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別し、選別された結晶シリコン薄膜１０４をチャネル層として薄膜トランジスタ装置を構成する。それにより、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜をチャネル層に用いる薄膜トランジスタ装置を実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the crystalline silicon
なお、本実施の形態の薄膜トランジスタ装置では、チャネル保護層が、非結晶質シリコン薄膜上にされているとして説明したがそれに限られない。結晶質シリコン薄膜上に形成され、チャネル保護層上に非晶質シリコン薄膜が形成されるとしてもよい。以下、それを変形例として説明する。 In the thin film transistor device of this embodiment, the channel protective layer is described as being formed on the amorphous silicon thin film, but is not limited thereto. It may be formed on a crystalline silicon thin film, and an amorphous silicon thin film may be formed on the channel protective layer. Hereinafter, it will be described as a modification.
（変形例）
図１４は、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。(Modification)
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor device according to a modification of the first embodiment of the present invention. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図１４に示す薄膜トランジスタ装置１５０は、実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００に対して、非晶質シリコン薄膜１５５と絶縁層１５７との構成が異なる。
A thin
絶縁層１５７は、チャネル層（結晶シリコン薄膜１０４）を保護する。絶縁層１５７は、一対の非晶質シリコン薄膜１５５とコンタクト層１５６を形成するときのエッチング処理時において、非晶質シリコン薄膜１５５がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。絶縁層１５７は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４の上に形成される。なお、絶縁層１５７の材料等は、絶縁層１０７と同様であるため、説明を省略する。
The insulating
一対の非晶質シリコン薄膜１５５は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４と絶縁層１５７との上方に形成される。一対の非晶質シリコン薄膜１５５は、絶縁層１５７上において所定の間隔をあけて対向配置されている。一対の非晶質シリコン薄膜１５５のそれぞれは、絶縁層１５７の上面から結晶シリコン薄膜１０４までを跨るようにして形成されている。本変形例において、一対の非晶質シリコン薄膜１５５のうちの一方は、絶縁層１５７の一方の端部及び結晶シリコン薄膜１０４に跨るようにして形成されており、絶縁層１５７の一方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１５７の一方の側面側領域における結晶シリコン薄膜１０４の上面を覆うように形成される。また、一対の非晶質シリコン薄膜１５５のうちの他方は、絶縁層１５７の他方の端部及び結晶シリコン薄膜１０４に跨るようにして形成されており、絶縁層１５７の他方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１５７の他方の側面側領域における結晶シリコン薄膜１０４の上面を覆うように形成される。なお、一対の非晶質シリコン薄膜１５５の材料等は、非晶質シリコン薄膜１０５と同様であるため、説明を省略する。
The pair of amorphous silicon
一対のコンタクト層１５６は、絶縁層１５７上において所定の間隔をあけて対向配置されている。一対のコンタクト層１５６のそれぞれは、非晶質シリコン薄膜１５５上に形成されている。なお、一対のコンタクト層１５６の材料等は、コンタクト層１０６と同様であるため、説明を省略する。
The pair of
以上のように、薄膜トランジスタ装置１５０は構成される。
As described above, the thin
次に、以上のように構成される薄膜トランジスタ装置１５０の製造方法について説明する。図１５Ａ〜図１５Ｋは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
Next, a method for manufacturing the thin
図１５Ａ〜図１５Ｄは、図２Ａ〜図２Ｄと同じ工程であるため、説明を省略する。 15A to 15D are the same steps as FIGS. 2A to 2D, and thus description thereof is omitted.
次に、図１５Ｅに示すように、結晶シリコン薄膜１０４上に、絶縁層１５７を形成するための絶縁層形成用膜１５７ａを形成する。絶縁層形成用膜１５７ａは、無機材料を用いて形成される。ここでは、例えば、絶縁層形成用膜１５７ａが酸化シリコン等の無機材料によって形成されるとする。
Next, as shown in FIG. 15E, an insulating
次に、絶縁層形成用膜１５７ａの上に、所定形状の絶縁層１５７を規定するフォトマスクとして、所定幅のレジストを形成する。その後、レジストをマスクとしてドライエッチングを施すことによって、絶縁層形成用膜１５７ａをパターニングして所定形状の絶縁層１５７を形成する。次いで、絶縁層１５７上に形成されているレジストを除去する。これにより、図１５Ｆに示すように、絶縁層１５７の上面を露出させる。
Next, a resist having a predetermined width is formed on the insulating
次に、図１５Ｇに示すように、絶縁層１５７及び結晶シリコン薄膜１０４上に、非晶質シリコン薄膜１５５を形成する。具体的には、絶縁層１５７を形成した後に、プラズマＣＶＤ等を用いて、所定の成膜条件（形成条件）によってアモルファスシリコン膜からなる非晶質シリコン薄膜１５５を成膜する。
Next, as shown in FIG. 15G, an amorphous silicon
次に、図１５Ｈに示すように、非晶質シリコン薄膜１５５上に、コンタクト層１５６となるコンタクト層用膜１５６ａを形成する。具体的には、非晶質シリコン薄膜１５５上に、例えばプラズマＣＶＤによって、リン等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコンからなるコンタクト層用膜１５６ａを成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 15H, a
なお、コンタクト層用膜１５６ａは低濃度の電界緩和層と高濃度のコンタクト層との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層は１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンをドーピングすることによって形成することができる。上記２層はＣＶＤ装置において連続的に形成することができる。The
次に、図１５Ｉに示すように、コンタクト層用膜１５６ａを覆うようにして、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとなるソースドレイン金属膜１０８を形成する。例えば、スパッタによって、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造のソースドレイン金属膜１０８を成膜する。
Next, as shown in FIG. 15I, the source /
その後、図示しないが、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成するために、ソースドレイン金属膜１０８上にレジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。
After that, although not shown, in order to form the
次に、図１５Ｊに示すように、レジストをマスクとしてウェットエッチングを施してソースドレイン金属膜１０８をパターニングすることにより、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成する。なお、このとき、コンタクト層用膜１０６ａがエッチングストッパとして機能する。その後、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄ上のレジストを除去する。続いて、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層用膜１５６ａと非晶質シリコン薄膜１５５をパターニングして所定形状の一対のコンタクト層１５６と非晶質シリコン薄膜１５５を形成する。なお、ドライエッチングの条件としては、塩素系ガスを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 15J, wet etching is performed using the resist as a mask to pattern the source /
このようにして、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１５０を製造することができる。
In this manner, the thin
なお、その後、図１５Ｋに示すように、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄの上から全体を覆うようにして、ＳｉＮ等の無機材料からなるパッシベーション膜１０９を形成してもよい。
After that, as shown in FIG. 15K, a
以上のように、本発明の結晶性評価方法等を用いて、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別し、選別した結晶シリコン薄膜１０４をチャネル層として用いて薄膜トランジスタ装置を構成する。それにより、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜をチャネル層に用いる薄膜トランジスタ装置を実現することができる。
As described above, the crystalline silicon
このように、本実施の形態によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, a crystallinity evaluation method, a crystallinity evaluation apparatus, and a computer thereof that can accurately evaluate the crystallinity of a crystalline semiconductor film having high mobility characteristics without variation in mobility. Software can be realized.
なお、本実施の形態の薄膜トランジスタ装置は、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置だけでなく、液晶表示装置等、アクティブマトリクス基板が用いられる他の表示装置にも適用することができる。また、このように構成される表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのあらゆる表示パネルを有する電子機器に適用することができる。 Note that the thin film transistor device of this embodiment can be applied not only to an organic EL display device using an organic EL element but also to other display devices using an active matrix substrate such as a liquid crystal display device. In addition, the display device configured as described above can be used as a flat panel display and can be applied to an electronic apparatus having any display panel such as a television set, a personal computer, and a mobile phone.
以上、本実施の形態に係る結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明に係る結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトは、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。 As described above, the crystallinity evaluation method, the crystallinity evaluation apparatus, and the computer software thereof according to the present embodiment have been described based on the embodiment and the modification. However, the crystallinity evaluation method and the crystallinity evaluation apparatus according to the present invention are described. The computer software is not limited to the above-described embodiments and modifications.
例えば、上記の実施の形態では、絶縁層（チャネル保護膜）を用いたチャネル保護型の薄膜トランジスタ装置を構成する結晶性半導体膜の評価について説明したが、本発明は、絶縁層（チャネル保護膜）を用いないチャネルエッチング型の薄膜トランジスタ装置を構成する結晶性半導体膜の評価にも適用することができる。 For example, in the above embodiment, the evaluation of the crystalline semiconductor film constituting the channel protection type thin film transistor device using the insulating layer (channel protective film) has been described. However, the present invention relates to the insulating layer (channel protective film). The present invention can also be applied to the evaluation of a crystalline semiconductor film that constitutes a channel etching type thin film transistor device that does not use GaN.
また、例えば、本実施の形態に係る結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトにおいて、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ２０４）としたがそれに限られない。ローレンツ関数そのものでなく、ローレンツ関数から記述される関数（例えば後述するラマンスペクトル関数）によりラマンスペクトルのフィッティングを行うとしてもよい。その場合、ラマンスペクトルに対してより再現性のあるフィッティング波形を得られる効果を奏する。 Further, for example, in the crystallinity evaluation method, the crystallinity evaluation apparatus, and the computer software thereof according to the present embodiment, the Raman spectrum fitting is performed by the Lorentz function using the extracted peak value (S204). Not limited. The fitting of the Raman spectrum may be performed not by the Lorentz function itself but by a function described from the Lorentz function (for example, a Raman spectrum function described later). In that case, there is an effect that a fitting waveform having more reproducibility can be obtained for the Raman spectrum.
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における半導体膜の結晶性評価方法（以下、膜質解析方法と記載）、について、図面を参照しながら具体的に説明する。(Embodiment 2)
Hereinafter, a semiconductor film crystallinity evaluation method (hereinafter referred to as a film quality analysis method) according to
本実施の形態において、結晶シリコン膜に対するラマン分光測定は、図３に示すラマン分光装置を用いて、試料３０７（不図示）に対して行う。 In this embodiment mode, Raman spectroscopic measurement on a crystalline silicon film is performed on a sample 307 (not illustrated) using the Raman spectroscopic apparatus illustrated in FIG.
ここで、試料３０７は、ガラス基板上に、ベースコート層及び非結晶シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）が形成され、その後に、非晶質シリコン膜を結晶化させることで結晶シリコン膜が形成されたものである。ベースコート膜としては、例えば、膜厚１００ｎｍ〜１μｍ程度のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの熱伝導率の小さい膜が用いられている。非結晶シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）は、例えば、膜厚２０〜２００ｎｍ程度の膜をプラズマＣＶＤ法で堆積されている、非晶質シリコン膜を結晶化させる方法としては、レーザや熱を用いる。なお、レーザを用いて結晶化する場合（レーザー結晶化方法）においては、波長２００〜１０００ｎｍ、パルス発振及び連続発振の光源で結晶化を行う。なお、レーザを用いて結晶化を行う前に、非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の突沸を防ぐために、４００〜６００℃の温度で脱水素アニールを行うとしてもよい。 Here, in the sample 307, a base coat layer and an amorphous silicon film (a-Si film) were formed on a glass substrate, and then a crystalline silicon film was formed by crystallizing the amorphous silicon film. Is. As the base coat film, for example, a film having a low thermal conductivity such as a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm to 1 μm is used. As the amorphous silicon film (a-Si film), for example, a film having a thickness of about 20 to 200 nm is deposited by the plasma CVD method. As a method for crystallizing the amorphous silicon film, laser or heat is used. . In the case of crystallization using a laser (laser crystallization method), crystallization is performed with a light source having a wavelength of 200 to 1000 nm, pulse oscillation and continuous oscillation. Note that before performing crystallization using a laser, dehydrogenation annealing may be performed at a temperature of 400 to 600 ° C. in order to prevent bumping of the amorphous silicon film (a-Si film).
次に、ラマン分光装置２００で得られたラマンスペクトルを解析する方法について説明する。
Next, a method for analyzing the Raman spectrum obtained by the Raman
図１６は、本実施の形態における結晶性半導体膜の膜質解析方法に用いるラマンスペクトルの解析方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart for explaining the Raman spectrum analysis method used in the crystalline semiconductor film quality analysis method according to this embodiment.
まず、ラマン分光装置２００を用いて、ラマンスペクトルを測定する（Ｓ３０１）。具体的には、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。例えば、図２６に示すように、結晶性半導体膜である結晶シリコン膜においては、４５０〜５５０ｃｍ−１の領域にシリコン膜固有のフォノンに対応するラマンピークが観測される。上述したように結晶シリコン膜固有のラマンピークは５２０ｃｍ−１、微結晶シリコン膜固有のラマンピークは５００〜５１０ｃｍ−１付近、ａ−Ｓｉ膜固有のラマンピークは４８０ｃｍ−１付近に観測される。後述する実施例では、上記の領域に観測されるラマンピークに対して本解析方法を用いて解析を行った。First, a Raman spectrum is measured using the Raman spectroscopic device 200 (S301). Specifically, the peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon mode unique to the crystalline semiconductor film is measured by Raman spectroscopy. For example, as shown in FIG. 26, in a crystalline silicon film that is a crystalline semiconductor film, a Raman peak corresponding to a phonon unique to the silicon film is observed in a region of 450 to 550 cm −1 . Crystalline silicon film unique Raman peak as described above 520 cm -1, microcrystalline silicon film unique Raman peaks around 500~510cm -1, a-Si film unique Raman peaks are observed near 480 cm -1. In the examples described later, the Raman peak observed in the above region was analyzed using this analysis method.
次に、測定したラマンスペクトルのベースラインを補正する（Ｓ３０２）。具体的には、ピーク波形の測定後、当該ピーク波形のベースラインを補正する。例えば、スペクトルを解析した領域に対して直線近似を行なう方法によりベースラインの補正を行う。なぜなら、ラマンスペクトルは、サンプル（ここでは試料３０７）や測定環境の影響を受けて、ベースライン傾斜してしまうことがあるからである。これは、例えば、図２６にも示されており、入射光（レーリー光）の影響でベースラインが傾斜している。なお、ベースラインが傾斜していない場合もあり、その場合には、ベースラインの補正を行う必要はない。 Next, the baseline of the measured Raman spectrum is corrected (S302). Specifically, after measuring the peak waveform, the baseline of the peak waveform is corrected. For example, the baseline is corrected by a method of performing linear approximation on the region where the spectrum is analyzed. This is because the Raman spectrum may be inclined by the baseline due to the influence of the sample (here, the sample 307) and the measurement environment. This is also shown in FIG. 26, for example, in which the baseline is inclined due to the influence of incident light (Rayleigh light). In some cases, the baseline is not inclined. In this case, it is not necessary to correct the baseline.
次に、ラマン強度関数（ラマンスペクトル関数）を用いてラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ３０３）。 Next, Raman spectrum fitting is performed using a Raman intensity function (Raman spectrum function) (S303).
具体的には、ラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成したラマンピーク波形解析モデルを用いて、ピーク波形を再現する。詳細は、後述するが、ベースラインを補正したラマンスペクトルに対して、結晶シリコン成分、微結晶シリコン成分、ａ−Ｓｉ成分の３つの成分が存在すると仮定し、ラマンスペクトルの解析を行うことで、ラマンスペクトルのフィッティング（ラマンスペクトルの再現）を行う。 Specifically, a Raman peak waveform analysis model is generated, and the peak waveform is reproduced using the generated Raman peak waveform analysis model. Although details will be described later, it is assumed that three components of a crystalline silicon component, a microcrystalline silicon component, and an a-Si component exist with respect to the Raman spectrum corrected for the baseline, and by analyzing the Raman spectrum, Perform Raman spectrum fitting (reproduction of Raman spectrum).
次に、ラマンスペクトルのフィッティング結果から、パラメータを抽出する（Ｓ３０４）。具体的には、スペクトル解析によって得られたラマンピーク波形解析モデルから、パラメータとして各成分におけるピーク位置、半値幅、ピーク強度、体積分率などを抽出する。 Next, parameters are extracted from the Raman spectrum fitting result (S304). Specifically, the peak position, half-value width, peak intensity, volume fraction, and the like of each component are extracted as parameters from the Raman peak waveform analysis model obtained by spectrum analysis.
以上のようにして、ラマン分光装置２００で得られたラマンスペクトルを解析する。
As described above, the Raman spectrum obtained by the
次に、上述のＳ３０３におけるラマンスペクトルの解析方法において、詳細に説明する。 Next, the Raman spectrum analysis method in S303 will be described in detail.
従来、各固有フォノンの分散を表す関数を、ガウス関数、ローレンツ関数、及びその複合関数（Ｖｏｉｔ関数）を用いて表現できると仮定して解析されてきた。一方、本発明では、各固有のフォノン分散を表す関数としてフォノンのコヒーレンス長を考慮したラマンスペクトル関数を用いて解析する。以下の（式１）及び（式２）に、本発明で用いるラマンスペクトル関数を示す。 Conventionally, a function representing the dispersion of each eigenphonon has been analyzed on the assumption that it can be expressed using a Gaussian function, a Lorentz function, and its composite function (Voit function). On the other hand, in the present invention, the analysis is performed using a Raman spectrum function considering the coherence length of the phonon as a function representing each unique phonon dispersion. The following (Equation 1) and (Equation 2) show the Raman spectrum function used in the present invention.
ここで、Ｌｃはフォノンコヒーレンス長、ａは格子定数（結晶シリコン：０．５３ｎｍ）、Γ０は結晶シリコンのラマンピークの半値幅（測定系に依存）、Ｃは規格化定数、ｆ（ｑ）は重み付け関数である。Here, Lc is the phonon coherence length, a is the lattice constant (crystalline silicon: 0.53 nm), Γ 0 is the half width of the Raman peak of the crystalline silicon (depending on the measurement system), C is the normalization constant, and f (q) Is a weighting function.
通常、ラマン散乱は光の非弾性散乱であるため、選択則に従えば運動エネルギーが０であるとき、ＴＯフォノンのラマンピーク（５２０．６ｃｍ−１）のみが観測される。ところが、結晶シリコン膜の結晶性が乱れると、上記の選択則が崩れ、他のフォノンモードもラマン活性となりある程度観測されるようになる。Normally, Raman scattering is inelastic scattering of light, and therefore, according to the selection rule, when the kinetic energy is 0, only the TO phonon Raman peak (520.6 cm −1 ) is observed. However, when the crystallinity of the crystalline silicon film is disturbed, the above selection rule is broken, and other phonon modes become Raman active and are observed to some extent.
図１７Ａ〜図１７Ｆは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。図において、縦軸は規格化されたラマンピーク強度、横軸はラマンシフト（入射光からの差）を示す。図１７Ａ〜図１７Ｆは、それぞれＬｃを５０、１０、５、２、１．５、１．０ｎｍと変化させてラマンスペクトルを計算した結果を示している。
17A to 17F are diagrams showing the results of calculating the Raman spectrum dependence of the phonon coherence length in
結晶が乱れた系やフォノンが閉じ込められた系ではフォノンのコヒーレンス長が制限されることが知られている。また、図１７Ａ〜図１７Ｆの結果から、Ｌｃの減少と共に、ラマンピークの半値幅が広がり、低波数側にピーク位置がシフトしていくことがわかる。また、Ｌｃが５ｎｍ以下になると、ラマンスペクトルの形状がＬｃに大きく依存していくことがわかる。 It is known that the phonon coherence length is limited in a system in which crystals are disordered or a system in which phonons are confined. Further, from the results of FIGS. 17A to 17F, it can be seen that the half-value width of the Raman peak widens and the peak position shifts to the low wavenumber side as Lc decreases. It can also be seen that when Lc is 5 nm or less, the shape of the Raman spectrum greatly depends on Lc.
したがって、ａ−Ｓｉ成分、微結晶シリコン成分、結晶シリコン成分のラマンスペクトル関数は、フォノンコヒーレンス長によって特徴付けることができる。それ故に、測定した結晶シリコン膜のラマンスペクトルは、以下の（式３）、（式４）によって表すことができる。 Therefore, the Raman spectral functions of the a-Si component, the microcrystalline silicon component, and the crystalline silicon component can be characterized by the phonon coherence length. Therefore, the measured Raman spectrum of the crystalline silicon film can be expressed by the following (Expression 3) and (Expression 4).
ただし、
ここで、σａ、σｍｃ及びσｃはそれぞれ、ａ−Ｓｉ成分、微結晶シリコン成分及び結晶シリコン成分の体積分率を示し、Ｉａ（ω）、Ｉμｃ（ω）及びＩｃ（ω）はそれぞれ、ａ−Ｓｉ成分、微結晶シリコン成分及び結晶シリコン成分のラマンスペクトル関数を示す。Here, σ a , σ mc, and σ c indicate volume fractions of the a-Si component, the microcrystalline silicon component, and the crystalline silicon component, respectively, and Ia (ω), Iμc (ω), and Ic (ω) are respectively , A-Si component, microcrystalline silicon component and Raman spectral function of crystalline silicon component.
以上から、Ｓ３０３では、まず、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とする。続いて、（式３）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する第１工程と、結晶シリコン成分のラマンバンド、微結晶シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として（式２）に示すラマンスペクトル関数を記述する第２工程と、前記ラマンスペクトル関数を用いてラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成した前記ラマンピーク波形解析モデルを用いて、前記ピーク波形を再現する第３工程と、を含む。第１工程〜第３工程により、ラマンスペクトル関数を用いてラマンスペクトルのフィッティング（ピーク波形の再現）を行う。From the above, in S303, first, Ic (ω) is the Raman band of the crystalline silicon component, Iμc (ω) is the Raman band of the microcrystalline silicon component, Ia (ω) is the Raman band of the amorphous silicon component, and σ c is the crystal. The volume fraction of the silicon component, σ mc is the volume fraction of the microcrystalline silicon component, and σ a is the volume fraction of the amorphous silicon component. Subsequently, the first step of creating the Raman peak waveform analysis model expressed by (Expression 3), the Raman band of the crystalline silicon component, the Raman band of the microcrystalline silicon component, and the Raman band of the amorphous silicon component, and Lc A second step of describing the Raman spectrum function shown in (Equation 2) with the phonon coherence length, a being the lattice constant, Γ 0 being the half-width of the Raman peak of the single crystal semiconductor, and C being the normalization constant; And a third step of generating a Raman peak waveform analysis model using the generated Raman peak waveform analysis model and reproducing the peak waveform. In the first to third steps, fitting of a Raman spectrum (reproduction of a peak waveform) is performed using a Raman spectrum function.
つまり、本実施の形態の解析方法では、それぞれの成分のフォノンコヒーレンス長及び体積分率をパラメータとして、実験結果（ラマンスペクトル）に対してフィッティングを行なう。そして、ピーク位置、半値幅、結晶化率などのパラメータの抽出をする。 That is, in the analysis method of the present embodiment, fitting is performed on the experimental result (Raman spectrum) using the phonon coherence length and volume fraction of each component as parameters. Then, parameters such as peak position, half width and crystallization rate are extracted.
ここで、結晶化率とは結晶シリコン膜の膜質を表す指標として用いられ、以下の（式５）に示すように定義される。 Here, the crystallization rate is used as an index representing the quality of the crystalline silicon film, and is defined as shown in the following (Formula 5).
結晶化率＝σｍｃ＋σｃ （式５）Crystallization rate = σ mc + σ c (Formula 5)
次に、様々な手法によって作製した結晶シリコン膜について、上述した本実施の形態の解析方法を用いて解析した例を実施例として説明する。 Next, an example in which a crystalline silicon film manufactured by various methods is analyzed using the analysis method of the present embodiment described above will be described as an example.
（実施例１）
本実施例では、連続発振（ＣＷ）レーザを用いてａ−Ｓｉ膜を結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルを解析した結果について説明する。Example 1
In this example, a result of analyzing a Raman spectrum of a crystalline silicon film obtained by crystallizing an a-Si film using a continuous wave (CW) laser will be described.
試料（試料３０７）は、ガラス基板上に、約２００ｎｍのシリコン窒化膜（ベースコート層）及び約５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成し、その後ＣＷレーザを用いて結晶化したものである。ａ−Ｓｉの結晶化は、波長５３２ｎｍ、パワー密度７０Ｋｗ／ｃｍ２のＣＷレーザを用いて行った。The sample (sample 307) is obtained by forming a silicon nitride film (base coat layer) of about 200 nm and an a-Si film of about 50 nm on a glass substrate, and then crystallizing using a CW laser. The crystallization of a-Si was performed using a CW laser having a wavelength of 532 nm and a power density of 70 Kw / cm 2 .
また、試料３０７として、結晶組織を変化させるためにレーザのスキャン速度を変化させたサンプルを作製した。具体的には、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶性シリコン膜を有するサンプルを作製した。なお、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶性シリコン膜を形成するために、それぞれのサンプルにおいて、４４０、３６０、２６０ｍｍ／ｓのスキャン速度でレーザ照射を行った。 Further, as the sample 307, a sample in which the laser scanning speed was changed to change the crystal structure was manufactured. Specifically, a sample having a crystalline silicon film obtained by solid phase growth, partial melt growth, and melt growth was manufactured. In addition, in order to form a solid-phase growth, a partial melt growth, and a melt-grown crystalline silicon film, laser irradiation was performed on each sample at scan speeds of 440, 360, and 260 mm / s.
図１８Ａ〜図１８Ｃは、実施例１における結晶性シリコン膜の平面電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図である。図１８Ａ〜図１８Ｃは、それぞれ、上記方法により、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶性シリコン膜のＳＥＭ像を示している。固相成長した結晶性シリコンの粒径は、図１８Ａから約３０ｎｍであることが観測される。部分溶融成長した結晶性シリコンの粒径は、図１８Ｂから約４０ｎｍ〜５０ｎｍであり、溶融成長した結晶性シリコン膜の粒径は、図１８Ｃから約１００−２００ｎｍであることが観測される。 18A to 18C are diagrams showing planar electron microscope (SEM) images of the crystalline silicon film in Example 1. FIG. FIGS. 18A to 18C show SEM images of crystalline silicon films obtained by solid phase growth, partial melt growth, and melt growth, respectively, by the above method. It is observed from FIG. 18A that the grain size of the crystalline silicon grown by solid phase is about 30 nm. It is observed that the grain size of the partially melt grown crystalline silicon is about 40-50 nm from FIG. 18B and the grain size of the melt grown crystalline silicon film is about 100-200 nm from FIG. 18C.
図１９は、実施例１における固相成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。図２０は、実施例１における部分溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。図２１、実施例１における溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing a Raman spectrum of a crystalline silicon film grown in solid phase in Example 1 and an analysis result thereof. FIG. 20 is a diagram showing a Raman spectrum of the partially melt-grown crystalline silicon film in Example 1 and an analysis result thereof. FIG. 21 shows a Raman spectrum of the melt-grown crystalline silicon film in Example 1 and an analysis result thereof.
図１９〜図２１から、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶シリコン膜の結晶化率は、それぞれ、４３％、８５％、１００％と抽出することができた。この結果は、図１８Ａ〜図１８Ｃで確認した結晶性とも定性的に一致した結果であるといえる。 From FIG. 19 to FIG. 21, the crystallization ratios of the solid-phase growth, partial melt growth, and melt-grown crystalline silicon film could be extracted as 43%, 85%, and 100%, respectively. This result can be said to be a result qualitatively consistent with the crystallinity confirmed in FIGS. 18A to 18C.
また、図１９〜図２１に示すように、測定結果と解析結果を比較すると、従来の解析方法に比べて、よく一致していることが確認できる。特に、低波数側のフィッティング精度が著しく向上していることが確認できる。これは、上述した（式３）に示されるように各成分のスペクトルにフォノンコヒーレンス長による重み付けを行っているため、各成分の分散を波数に対して非対称にすることができるためである。また、各成分のスペクトルは物性値であるコヒーレンス長を反映させているため、物理的な意味をもつ。 Moreover, as shown in FIGS. 19-21, when a measurement result and an analysis result are compared, it can confirm that it corresponds well compared with the conventional analysis method. In particular, it can be confirmed that the fitting accuracy on the low wavenumber side is remarkably improved. This is because the dispersion of each component can be made asymmetric with respect to the wave number because the spectrum of each component is weighted by the phonon coherence length as shown in (Equation 3) described above. The spectrum of each component has a physical meaning because it reflects the coherence length which is a physical property value.
図２２は、本実施の形態の解析方法と従来の解析方法とを用いて導出した結晶シリコン膜の結晶化率を比較した図である。図２２では、縦軸は、ラマンスペクトル解析によって導出した結晶化率、横軸は規格化したレーザ出力を示す。また、図２２では、同じラマンスペクトルを本実施の形態の解析方法及び従来の解析方法（各成分の分散をガウス関数と仮定）によって抽出した結晶化率をプロットしている。 FIG. 22 is a diagram comparing the crystallization rates of the crystalline silicon films derived using the analysis method of the present embodiment and the conventional analysis method. In FIG. 22, the vertical axis indicates the crystallization rate derived by Raman spectrum analysis, and the horizontal axis indicates the normalized laser output. FIG. 22 plots the crystallization ratio obtained by extracting the same Raman spectrum by the analysis method of the present embodiment and the conventional analysis method (assuming the variance of each component is a Gaussian function).
レーザ結晶化において、レーザ出力の上昇とともに結晶粒径が大きくなることで知られている。また、図２２においても、レーザ出力の上昇とともに結晶化率が増加していることがわかる。以上を鑑みると、本実施の形態の解析方法は、従来の解析方法と比べて、結晶化率を低く見積もり、さらに、レーザ出力に対する傾きが急である、すなわち、結晶性に対して敏感であることがわかる。 In laser crystallization, it is known that the crystal grain size increases as the laser output increases. Also in FIG. 22, it can be seen that the crystallization rate increases as the laser output increases. In view of the above, the analysis method of the present embodiment estimates the crystallization rate lower than the conventional analysis method and has a steep inclination with respect to the laser output, that is, is sensitive to crystallinity. I understand that.
以上の結果に示されるように、本実施の形態の解析方法は、結晶シリコン膜のラマンスペクトルをより正確に解析することができる。したがって、得られたパラメータは、従来に比べて、物理的に意味のあるものとなる。また、結晶シリコン膜の結晶性を高感度で解析することが可能となる。それ故に、本実施例からわかるように、得られたパラメータを用いることで、より正確に結晶シリコン膜の膜質を管理することが可能となる。 As shown in the above results, the analysis method of the present embodiment can more accurately analyze the Raman spectrum of the crystalline silicon film. Therefore, the obtained parameters are physically meaningful compared to the conventional one. Further, the crystallinity of the crystalline silicon film can be analyzed with high sensitivity. Therefore, as can be seen from the present embodiment, the quality of the crystalline silicon film can be managed more accurately by using the obtained parameters.
（実施例２）
本実施例では、急速熱アニール（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いてａ−Ｓｉ膜を結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルを解析した結果について説明する。(Example 2)
In this example, a result of analyzing a Raman spectrum of a crystalline silicon film obtained by crystallizing an a-Si film using rapid thermal annealing (RTA) will be described.
試料（試料３０７）は、石英基板上に、約２００ｎｍのシリコン窒化膜（ベースコート層）及び約５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成し、ＲＴＡ法を用いて結晶化したものである。ａ−Ｓｉの結晶化は、７５０℃、５分間の処理により行なった。本実施例では、例示していないが、アニール温度、保持時間、冷却速度などを制御することで、結晶シリコン膜の結晶性を制御することができる。 The sample (sample 307) is obtained by forming a silicon nitride film (base coat layer) of about 200 nm and an a-Si film of about 50 nm on a quartz substrate and crystallizing it using the RTA method. The crystallization of a-Si was performed by treatment at 750 ° C. for 5 minutes. Although not illustrated in this embodiment, the crystallinity of the crystalline silicon film can be controlled by controlling the annealing temperature, holding time, cooling rate, and the like.
図２３は、実施例２における結晶シリコン膜の平面電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図である。図２３は上記のＲＴＡ法を用いて結晶化された結晶シリコン膜を示している。図２３に示す結晶シリコン膜は、部分溶融成長した結晶であり、その粒径は約４０−５０ｎｍであることが観測される。 FIG. 23 is a view showing a planar electron microscope (SEM) image of the crystalline silicon film in Example 2. FIG. 23 shows a crystalline silicon film crystallized using the above RTA method. It is observed that the crystalline silicon film shown in FIG. 23 is a partially melt-grown crystal with a particle size of about 40-50 nm.
図２４は、実施例２におけるＲＴＡ法で結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。図２４に示す解析結果から、結晶シリコン膜の結晶化率は、６６％と抽出することができた。図２４において、測定結果と解析結果とを比較すると、従来の解析方法に比べて、よく一致していることが確認できる。 FIG. 24 is a diagram showing a Raman spectrum of a crystalline silicon film crystallized by the RTA method in Example 2 and an analysis result thereof. From the analysis result shown in FIG. 24, the crystallization rate of the crystalline silicon film could be extracted as 66%. In FIG. 24, when the measurement result and the analysis result are compared with each other, it can be confirmed that they match well as compared with the conventional analysis method.
結晶シリコン膜は、結晶化の手法によって、結晶組織の状態が異なることで知られている。そこから、本実施例においてＲＴＡ法で形成した部分溶融成長した結晶シリコン膜の結晶化率が、実施例１の結晶シリコン膜（結晶組織）の結晶化率と異なるのは、結晶化手法による結晶組織の違いを反映している可能性が高い。 Crystalline silicon films are known to have different crystal structures depending on the crystallization technique. From this, the crystallization rate of the partially melt-grown crystalline silicon film formed by the RTA method in this example differs from the crystallization rate of the crystalline silicon film (crystal structure) of Example 1 because of the crystallization technique. It is likely to reflect the difference in the organization.
以上の結果に示されるように、本実施の形態の解析方法は、ＲＴＡ法によって作製した結晶シリコン膜においても、そのラマンスペクトルをより正確に解析することができる。 As shown in the above results, the analysis method of the present embodiment can analyze the Raman spectrum more accurately even in a crystalline silicon film manufactured by the RTA method.
それ故に、本実施例からわかるように、得られたパラメータを用いることで、より正確に結晶シリコン膜の膜質を管理することが可能となる。 Therefore, as can be seen from the present embodiment, the quality of the crystalline silicon film can be managed more accurately by using the obtained parameters.
以上、本実施の形態によれば、結晶性半導体膜の膜質を物理実態に基づいたモデルを用いることができるので、結晶性半導体膜の膜質を正確に評価及び解析できる結晶性半導体膜の膜質解析方法を実現できる。 As described above, according to the present embodiment, a film quality of a crystalline semiconductor film can be used based on a physical reality model, so that the film quality analysis of a crystalline semiconductor film can be accurately evaluated and analyzed. The method can be realized.
具体的には、結晶シリコン、微結晶シリコン及びａ−Ｓｉのフォノンモードにおいて、フォノンコヒーレンス長を考慮したラマンスペクトル関数を用いたスペクトル分離方法を用いることで、実測スペクトルの再現性を向上させることができる。さらに、物理実態に基づいたモデルを用いることで、抽出したパラメータの信頼性が向上し、正確な結晶性を評価・解析することが可能となる。 Specifically, in the phonon mode of crystalline silicon, microcrystalline silicon, and a-Si, it is possible to improve the reproducibility of the measured spectrum by using a spectrum separation method using a Raman spectrum function considering the phonon coherence length. it can. Furthermore, by using a model based on the physical reality, the reliability of the extracted parameters is improved, and accurate crystallinity can be evaluated and analyzed.
なお、本実施の形態の結晶性半導体膜の膜質解析方法は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 Note that the film quality analysis method for the crystalline semiconductor film of this embodiment is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to this embodiment, and the structure constructed | assembled combining the component in different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .
例えば、本実施の形態に係る結晶性半導体膜の膜質解析方法において、生成されるラマンスペクトル関数を、実施の形態１の結晶性評価方法に適用してもよい。例えば、例えば、本実施の形態に係る結晶性評価方法、及び結晶性評価コンピュータソフトにおいて、抽出したピーク値を用いて、ラマンスペクトル関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行うとしてもよい。このラマンスペクトル関数は、ローレンツ関数そのものではないが、ローレンツ関数から記述される関数である。したがって、Ｓ２０４において、ローレンツ関数そのものでなく、ラマンスペクトル関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行うこともできるので、この形態も、本発明の範囲内に含まれる。 For example, the generated Raman spectrum function in the film quality analysis method for a crystalline semiconductor film according to the present embodiment may be applied to the crystallinity evaluation method of the first embodiment. For example, for example, in the crystallinity evaluation method and the crystallinity evaluation computer software according to the present embodiment, Raman spectrum fitting may be performed using a Raman spectrum function using the extracted peak value. This Raman spectrum function is not a Lorentz function itself, but is a function described from the Lorentz function. Therefore, in S204, the fitting of the Raman spectrum can be performed not by the Lorentz function itself but by the Raman spectrum function, and this form is also included in the scope of the present invention.
より具体的には、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法として以下の工程を含むとしてよい。すなわち、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、第４工程の第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含み、第４工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式３）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式１）及び（式４）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含むとしてもよい。More specifically, the following steps may be included as a crystallinity evaluation method for evaluating the crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate. That is, the first step of measuring the peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon mode unique to the semiconductor film by Raman spectroscopy, and fitting the measured peak waveform of the Raman band using a Gaussian function A Lorentz function is used to describe a second step of generating a first fitting waveform that is a waveform fitted by a function, a third step of extracting a peak value of the first fitting waveform, and using the extracted peak value. A fourth step of generating a second fitting waveform, which is a waveform fitted by the Raman spectrum function, by fitting the peak waveform of the Raman band using a Raman spectrum function, and a peak value of the second fitting waveform in the fourth step , Half-width, or wavelength indicating the peak value. And a sixth step of evaluating the crystallinity of the semiconductor film based on the peak value, the half width, or the wavelength indicating the peak value output in the fifth step. Then, Ic (ω) is the Raman band of the crystalline silicon component, Iμc (ω) is the Raman band of the microcrystalline silicon component, Ia (ω) is the Raman band of the amorphous silicon component, and σ c is the volume of the crystalline silicon component. A step of creating a Raman peak waveform analysis model expressed by (Equation 3), where σ mc is the volume fraction of the microcrystalline silicon component, σ a is the volume fraction of the amorphous silicon component, Raman band, Raman band of microcrystalline silicon component, and Raman band of amorphous silicon component, Lc is phonon coherence length, a is lattice constant, and Γ 0 is single crystal semiconductor And the step of describing the Raman spectrum function shown in (Equation 1) and (Equation 4), where C is a normalization constant.
また、例えば、本実施の形態において、上述のようなラマンスペクトルの解析方法によって、結晶性半導体膜のラマンバンド波形を解析するが、これらの解析はコンピュータを用いて行うことができる。従って、本発明の基板上に形成された結晶性半導体膜の膜質解析を行うために、ラマン分光法により得られるラマンバンド波形を解析するプログラムが組み込まれたコンピュータソフトが、本発明に関するものとなる。 For example, in this embodiment, the Raman band waveform of the crystalline semiconductor film is analyzed by the Raman spectrum analysis method as described above, and these analyzes can be performed using a computer. Therefore, in order to perform film quality analysis of the crystalline semiconductor film formed on the substrate of the present invention, computer software incorporating a program for analyzing a Raman band waveform obtained by Raman spectroscopy relates to the present invention. .
また、本実施の形態において、上述のようなラマンスペクトルの解析方法によって、結晶性半導体膜のラマンバンド波形を解析するが、これらの解析結果から抽出したパラメータを用いて、結晶性半導体膜の膜質管理を行うことができる。従って、本発明の基板上に形成された結晶性半導体膜の膜質解析を行ない、デバイスプロセスの工程管理を行う方法も本発明に関するものとなる。 In the present embodiment, the Raman band waveform of the crystalline semiconductor film is analyzed by the Raman spectrum analysis method as described above, and the film quality of the crystalline semiconductor film is determined using parameters extracted from these analysis results. Management can be performed. Accordingly, the present invention also relates to a method for performing a process control of a device process by analyzing a film quality of a crystalline semiconductor film formed on a substrate of the present invention.
それにより、本実施の形態の解析方法を搭載したコンピュータソフト及びこの解析方法を用いてインラインで迅速に膜質管理する方法を実現できる。 Accordingly, it is possible to realize a computer software equipped with the analysis method of the present embodiment and a method for quickly managing film quality in-line using this analysis method.
以上、本実施の形態によれば、結晶性半導体膜の膜質を物理実態に基づいたモデルを用いることができるので、結晶性半導体膜の膜質を正確に評価及び解析できる結晶性半導体膜の膜質解析方法、結晶性半導体膜の膜質解析コンピュータソフト、及びそれを用いた管理方法を実現できる。 As described above, according to the present embodiment, a film quality of a crystalline semiconductor film can be used based on a physical reality model, so that the film quality analysis of a crystalline semiconductor film can be accurately evaluated and analyzed. It is possible to realize a method, a computer software for analyzing a film quality of a crystalline semiconductor film, and a management method using the same.
以上、本発明によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。 As described above, according to the present invention, a crystallinity evaluation method, a crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof that can accurately evaluate the crystallinity of a crystalline semiconductor film having high mobility characteristics without variation in mobility are realized. be able to.
以上、本発明の結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。 その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 As described above, the crystallinity evaluation method, the crystallinity evaluation apparatus, and the computer software thereof according to the present invention have been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment. In addition, the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.
本発明は、半導体膜の結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトに利用でき、特に液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンステレビなどの表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ装置（ＴＦＴ）を製造する際の結晶シリコン膜の結晶性を正確に評価する結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a semiconductor film crystallinity evaluation method, a crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof, and particularly when manufacturing a thin film transistor device (TFT) used for a display device such as a liquid crystal display or an organic electroluminescence television. The crystallinity evaluation method for accurately evaluating the crystallinity of the crystalline silicon film, the crystallinity evaluation apparatus, and the computer software thereof can be used.
１００、１５０ 薄膜トランジスタ装置
１０１ 基板
１０２ ゲート電極
１０３ ゲート絶縁膜
１０４ 結晶シリコン薄膜
１０５、１５５ 非晶質シリコン薄膜
１０６、１５６ コンタクト層
１０６ａ、１５６ａ コンタクト層用膜
１０７、１５７ 絶縁層
１０７ａ、１５７ａ 絶縁層形成用膜
１０８ ソースドレイン金属膜
１０８Ｓ ソース電極
１０８Ｄ ドレイン電極
１０９ パッシベーション膜
２００ ラマン分光装置
２０１ 光源
２０２ アッテネーター
２０３ フィルター
２０４ ミラー
２０５ ビームスプリッター
２０６ 対物レンズ
２０７、３０７ 試料
２０８ ステージ
２０９ スリット
２１０ 分光器
２１１ 検出器
５００ ラマンスペクトル
５０１ 解析結果
５０２ 結晶シリコン成分
５０３ 微結晶シリコン成分
５０４ ａ−Ｓｉ成分100, 150 Thin
Claims (10)
前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、
前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、
前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む、
結晶性評価方法。A crystallinity evaluation method for evaluating the crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate,
A first step of measuring a Raman band peak waveform corresponding to a phonon mode unique to the semiconductor film by Raman spectroscopy;
A second step of generating a first fitting waveform which is a waveform fitted by the Gaussian function by fitting the peak waveform of the Raman band measured using a Gaussian function;
A third step of extracting a peak value of the first fitting waveform;
A fourth step of generating a second fitting waveform that is a waveform fitted by the Lorentz function by fitting the peak waveform of the Raman band by a Lorentz function using the extracted peak value;
A fifth step of outputting a peak value, a half-value width, or a wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform of the fourth step;
A sixth step of evaluating the crystallinity of the semiconductor film based on the peak value, the half width, or the wavelength indicating the peak value output in the fifth step.
Crystallinity evaluation method.
前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、
前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、
前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含み、
前記第４工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、
前記結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）及び（式Ｃ）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含む、
結晶性評価方法。
A first step of measuring a Raman band peak waveform corresponding to a phonon mode unique to the semiconductor film by Raman spectroscopy;
A second step of generating a first fitting waveform which is a waveform fitted by the Gaussian function by fitting the peak waveform of the Raman band measured using a Gaussian function;
A third step of extracting a peak value of the first fitting waveform;
By using the extracted peak value and fitting the peak waveform of the Raman band by a Raman spectrum function described using a Lorentz function, a second fitting waveform that is a waveform fitted by the Raman spectrum function is generated. And a fourth step to
A fifth step of outputting a peak value, a half-value width, or a wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform of the fourth step;
A sixth step of evaluating the crystallinity of the semiconductor film based on the peak value, the half width, or the wavelength indicating the peak value output in the fifth step,
Wherein in the fourth step, Ic (omega) the Raman bands of the crystalline silicon component, Iμc (ω) a Raman band of microcrystalline silicon component Ia (omega) the Raman bands of amorphous silicon components, crystalline silicon sigma c A volume fraction of the component, σ mc is the volume fraction of the microcrystalline silicon component, σ a is the volume fraction of the amorphous silicon component, and a Raman peak waveform analysis model expressed by (formula A) is created;
The Raman band of the crystalline silicon component, the Raman band of the microcrystalline silicon component, and the Raman band of the amorphous silicon component, Lc is the phonon coherence length, a is the lattice constant, and Γ 0 is the half width of the Raman peak of the single crystal semiconductor. And describing the Raman spectrum function shown in (Formula B) and (Formula C), with C as a normalization constant,
Crystallinity evaluation method.
前記ルックアップテーブルには、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長として、前記第１工程より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅または前記ピーク値を示す波長が予め保存されており、
前記ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されている、
請求項１に記載の結晶性評価方法。In the sixth step, the peak value, half width, or wavelength indicating the peak value output in the fifth step, and the reference peak value, reference half width, or reference peak stored in advance in the lookup table By comparing with the wavelength indicating the value, the crystallinity of the semiconductor film is evaluated,
In the lookup table, the wavelength indicating the reference peak value, the reference half width, or the reference peak value, the Raman band corresponding to the phonon mode specific to the crystalline semiconductor film, prior to the first step. The peak value of the third fitting waveform obtained by fitting the peak waveform using the Lorentz function, the half value width or the wavelength indicating the peak value is stored in advance,
In the look-up table, the evaluation of crystallinity of the crystalline semiconductor film including the crystal grain size, the abundance ratio of the crystal grains, and the mobility indicates the reference peak value, the reference half width, or the reference peak value. Stored linked to the wavelength,
The crystallinity evaluation method according to claim 1.
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。Wherein in the sixth step, the half-value width by determining whether a 5.0cm -1 ~6.0cm -1, assessing the crystallinity of the semiconductor film,
The crystallinity evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
前記第６工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の比が、１．５〜１．８であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。The semiconductor film is made of silicon,
In the sixth step, the crystallinity of the semiconductor film is evaluated by determining whether or not the ratio of the half-width to the half-width of the Raman band of single crystal silicon is 1.5 to 1.8. ,
The crystallinity evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
前記第６工程では、前記半値幅と前記単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の差が１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。The semiconductor film is made of silicon,
Wherein in the sixth step, the difference between the half-width of a Raman band of the single-crystal silicon and the half-value width is determined whether the 1.8cm -1 ~2.4cm -1, crystal of the semiconductor film Evaluate sex,
The crystallinity evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。In the sixth step, the crystallinity of the semiconductor film is evaluated by determining whether or not the ratio between the peak value and the Raman band half-width of crystalline silicon is 0.1 to 0.2.
The crystallinity evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
半導体膜の製造方法。The crystalline semiconductor exhibiting the crystallinity of a predetermined crystalline semiconductor film by evaluating the crystallinity of the crystalline semiconductor film using the crystallinity evaluation method according to claim 1. Sort the membrane,
A method for manufacturing a semiconductor film.
前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する測定部と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第１生成部と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する抽出部と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第２生成部と、
前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する出力部と、
前記出力部で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する評価部とを備える、
結晶性評価装置。A crystallinity evaluation apparatus for evaluating the crystallinity of a semiconductor film formed on a substrate,
A measurement unit for measuring a peak waveform of a Raman band corresponding to a phonon mode unique to the semiconductor film by Raman spectroscopy;
Fitting a measured peak waveform of the Raman band using a Gaussian function to generate a first fitting waveform that is a waveform fitted by the Gaussian function;
An extraction unit for extracting a peak value of the first fitting waveform;
A second generation unit that generates a second fitting waveform that is a waveform fitted by the Lorentz function by fitting the peak waveform of the Raman band by a Lorentz function using the extracted peak value;
An output unit that outputs a peak value, a half value width, or a wavelength indicating the peak value of the second fitting waveform;
An evaluation unit that evaluates the crystallinity of the semiconductor film based on the peak value, the half width, or the wavelength that indicates the peak value output from the output unit,
Crystallinity evaluation device.
請求項１〜７のいずれか１項に記載の結晶性評価方法をコンピュータに実行させることにより、前記半導体膜の結晶性の評価を出力するプログラムが組み込まれている、
コンピュータソフト。
Computer software for evaluating the crystallinity of a crystalline semiconductor film recorded on a computer-readable recording medium,
A program for outputting an evaluation of the crystallinity of the semiconductor film by causing a computer to execute the crystallinity evaluation method according to claim 1 is incorporated.
Computer software.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011048369 | 2011-03-04 | ||
| JP2011048369 | 2011-03-04 | ||
| JP2011225375 | 2011-10-12 | ||
| JP2011225375 | 2011-10-12 | ||
| PCT/JP2012/000752 WO2012120775A1 (en) | 2011-03-04 | 2012-02-03 | Crystalline evaluation method, crystalline evaluation device, and computer software |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2012120775A1 true JPWO2012120775A1 (en) | 2014-07-07 |
Family
ID=46797753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012530818A Pending JPWO2012120775A1 (en) | 2011-03-04 | 2012-02-03 | Crystallinity evaluation method, crystallinity evaluation apparatus, and computer software thereof |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9121829B2 (en) |
| JP (1) | JPWO2012120775A1 (en) |
| WO (1) | WO2012120775A1 (en) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012117439A1 (en) | 2011-02-28 | 2012-09-07 | パナソニック株式会社 | Thin-film semiconductor device and manufacturing method therefor |
| WO2013054505A1 (en) * | 2011-10-12 | 2013-04-18 | パナソニック株式会社 | Thin film transistor device |
| CN104215623B (en) * | 2013-05-31 | 2018-09-25 | 欧普图斯(苏州)光学纳米科技有限公司 | Laser Raman spectroscopy intelligence discrimination method and system towards conglomerate detection |
| TW201512644A (en) * | 2013-09-16 | 2015-04-01 | Ind Tech Res Inst | Method for automatic optical inspection and system thereof |
| KR101626045B1 (en) * | 2014-07-29 | 2016-06-01 | 경희대학교 산학협력단 | A method and device for diagnosis of viral infection using tear drop |
| CN105675580B (en) * | 2016-01-26 | 2018-09-07 | 武汉四方光电科技有限公司 | A kind of dynamic inert gas substrate approximating method |
| JP2017143135A (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-17 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Thin film transistor |
| JP6831514B2 (en) * | 2017-01-24 | 2021-02-17 | 国立大学法人東京農工大学 | Manufacturing method of semiconductor layer |
| JP2019047058A (en) * | 2017-09-06 | 2019-03-22 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Crystallization monitoring method, laser annealing apparatus, and laser annealing method |
| WO2019104487A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-06 | 深圳达闼科技控股有限公司 | Mixture detection method and device |
| CN113933251B (en) * | 2021-09-29 | 2022-11-22 | 厦门大学 | Spectral analysis method, analysis device, and computer storage medium |
| JP7420204B2 (en) * | 2022-02-25 | 2024-01-23 | 株式会社プロテリアル | Silicon nitride substrate evaluation method, evaluation device, and evaluation system |
| CN116297403B (en) * | 2023-05-22 | 2023-08-04 | 东北大学 | Analysis method for crystallization state of welding slag and application thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03109719A (en) * | 1989-09-25 | 1991-05-09 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPH04179118A (en) * | 1990-11-08 | 1992-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | Method and device for improving crystallizability of semiconductor |
| JPH04296015A (en) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | G T C:Kk | Manufacture of semiconductor device |
| JPH10107106A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Sharp Corp | Method for controlling film quality of crystalline semiconductor film, computer software for it, crystalline silicon film, semiconductor device, and thin-film transistor |
| JP2000114527A (en) * | 1998-08-07 | 2000-04-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61153277A (en) | 1984-12-27 | 1986-07-11 | Agency Of Ind Science & Technol | Production of thin fine crystal silicon film |
| EP0473988A1 (en) | 1990-08-29 | 1992-03-11 | International Business Machines Corporation | Method of fabricating a thin film transistor having amorphous/polycrystalline semiconductor channel region |
| JP3535241B2 (en) | 1994-11-18 | 2004-06-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US6559036B1 (en) | 1998-08-07 | 2003-05-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP4146697B2 (en) | 2002-09-20 | 2008-09-10 | 株式会社堀場製作所 | Temperature measuring method and temperature measuring device |
| EP1815491B1 (en) * | 2004-11-26 | 2011-12-21 | Kochi Industrial Promotion Center | Field emission electrode, manufacturing method thereof, and electronic device |
| JP2007162099A (en) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | Hard carbon film, production method therefor and sliding member |
| US8933327B2 (en) | 2008-08-29 | 2015-01-13 | Kaneka Corporation | Thin-film photoelectric converter and fabrication method therefor |
| WO2010101066A1 (en) | 2009-03-05 | 2010-09-10 | 株式会社日本製鋼所 | Method for fabricating crystalline film and device for fabricating crystalline film |
| KR20130045136A (en) | 2010-06-21 | 2013-05-03 | 파나소닉 액정 디스플레이 주식회사 | Thin film transistor array device, organic el display device, and method for manufacturing thin film transistor array device |
| JPWO2011161714A1 (en) | 2010-06-21 | 2013-08-19 | パナソニック株式会社 | Method for crystallizing silicon thin film and method for manufacturing silicon TFT device |
| JPWO2012114379A1 (en) | 2011-02-23 | 2014-07-07 | パナソニック株式会社 | Thin film transistor device manufacturing method, thin film transistor device, and display device |
-
2012
- 2012-02-03 WO PCT/JP2012/000752 patent/WO2012120775A1/en active Application Filing
- 2012-02-03 JP JP2012530818A patent/JPWO2012120775A1/en active Pending
- 2012-10-05 US US13/645,621 patent/US9121829B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03109719A (en) * | 1989-09-25 | 1991-05-09 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPH04179118A (en) * | 1990-11-08 | 1992-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | Method and device for improving crystallizability of semiconductor |
| JPH04296015A (en) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | G T C:Kk | Manufacture of semiconductor device |
| JPH10107106A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Sharp Corp | Method for controlling film quality of crystalline semiconductor film, computer software for it, crystalline silicon film, semiconductor device, and thin-film transistor |
| JP2000114527A (en) * | 1998-08-07 | 2000-04-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN7012001145; Ｑｉ Ｗａｎｇ: 'Ｒａｍａｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ-ｔｏ-ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｌｌｉｃｏｎ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｈｏｔ-ｗｉｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐ' ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ Ｖｏｌ．９４， Ｎｏ．５, 20030901, ｐｐ．２９３０-２９３６ * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9121829B2 (en) | 2015-09-01 |
| US20130030728A1 (en) | 2013-01-31 |
| WO2012120775A1 (en) | 2012-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2012120775A1 (en) | Crystalline evaluation method, crystalline evaluation device, and computer software | |
| Favron et al. | Photooxidation and quantum confinement effects in exfoliated black phosphorus | |
| Choi et al. | Structural evolution of tunneling oxide passivating contact upon thermal annealing | |
| JP6204036B2 (en) | Evaluation method of oxide semiconductor thin film and quality control method of oxide semiconductor thin film | |
| JP5987174B2 (en) | Thin film transistor device | |
| US9852927B2 (en) | Near-unity photoluminescence quantum yield in MoS2 | |
| Sher et al. | Mid-infrared absorptance of silicon hyperdoped with chalcogen via fs-laser irradiation | |
| Kadlečíková et al. | Raman spectroscopy of porous silicon substrates | |
| Newman et al. | Extended X-ray absorption fine structure spectroscopy of selenium-hyperdoped silicon | |
| Kosemura et al. | Evaluation of anisotropic strain relaxation in strained silicon-on-insulator nanostructure by oil-immersion raman spectroscopy | |
| Friedensen et al. | Materials analysis and focused ion beam nanofabrication of topological insulator Bi2Se3 | |
| da Silva et al. | Optical absorption exhibits pseudo-direct band gap of wurtzite gallium phosphide | |
| Bradford et al. | Synthesis and characterization of WS2/graphene/SiC van der Waals heterostructures via WO3− x thin film sulfurization | |
| Kosemura et al. | Investigation of phonon deformation potentials in Si1-xGex by oil-immersion Raman spectroscopy | |
| Huang et al. | Probing substrate influence on graphene by analyzing Raman lineshapes | |
| Whitcher et al. | Correlated plasmons in the topological insulator Bi2Se3 induced by long-range electron correlations | |
| Chen et al. | Anisotropic optical properties of single Si2Te3 nanoplates | |
| Storozhevykh et al. | Peculiarities and evolution of Raman spectra of multilayer Ge/Si (001) heterostructures containing arrays of low‐temperature MBE‐grown Ge quantum dots of different size and number density: Experimental studies and numerical simulations | |
| KR20140130960A (en) | Method and system for mornitoring of an amorphous silicon thin filim crystallization, and method of manufacturing thin film transistor using the mehtod and system | |
| Lin et al. | Investigation of Cavity Enhanced XEOL of a Single ZnO Microrod by Using Multifunctional Hard X-ray Nanoprobe | |
| Pezzotti | Spatially resolved Raman and cathodoluminescence probes in electronic materials: basics and applications | |
| Strelcov et al. | Local coexistence of VO2 phases revealed by deep data analysis | |
| Kong et al. | Electron energy loss spectroscopy database synthesis and automation of core-loss edge recognition by deep-learning neural networks | |
| JP3305592B2 (en) | Method for managing quality of crystalline semiconductor film, computer software for managing quality of crystalline semiconductor film, crystalline silicon film, semiconductor device, and thin film transistor | |
| Gaubas et al. | Pulsed photo-ionization spectroscopy of traps in as-grown and neutron irradiated ammonothermally synthesized GaN |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140520 |